WO2000038891A2 - Antriebseinrichtung für oszillierende elektrische produkte des persönlichen bedarfs, insbesondere trockenrasierer - Google Patents

Antriebseinrichtung für oszillierende elektrische produkte des persönlichen bedarfs, insbesondere trockenrasierer Download PDF

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WO2000038891A2
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motor
coupling
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permanent magnet
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Alexander KLÖS
Holger Port
Werner Port
Uwe Schaaf
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Braun Gmbh
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B26—HAND CUTTING TOOLS; CUTTING; SEVERING
    • B26B—HAND-HELD CUTTING TOOLS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B26B19/00—Clippers or shavers operating with a plurality of cutting edges, e.g. hair clippers, dry shavers
    • B26B19/28—Drive layout for hair clippers or dry shavers, e.g. providing for electromotive drive
    • B26B19/282—Motors without a rotating central drive shaft, e.g. linear motors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B26—HAND CUTTING TOOLS; CUTTING; SEVERING
    • B26B—HAND-HELD CUTTING TOOLS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B26B19/00—Clippers or shavers operating with a plurality of cutting edges, e.g. hair clippers, dry shavers
    • B26B19/28—Drive layout for hair clippers or dry shavers, e.g. providing for electromotive drive
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K33/00—Motors with reciprocating, oscillating or vibrating magnet, armature or coil system
    • H02K33/16—Motors with reciprocating, oscillating or vibrating magnet, armature or coil system with polarised armatures moving in alternate directions by reversal or energisation of a single coil system

Definitions

  • the present application relates to a drive device for driving an oscillatingly movable work unit of electrical products for personal use, in particular dry shavers
  • Dry razors for example, are known as household appliances with an oscillating working unit, which separate the whiskers with a reciprocating shaving knife block.
  • Oscillating dry razors are conventionally driven by a rotary electric motor, for example a direct current motor.
  • the rotary motion of the motor axis is controlled by a suitable eccentric.
  • Gearbox converted into a linear swinging motion
  • the linear oscillating motion of the work unit can also be generated directly by a direct drive. This eliminates the eccentric gearbox for converting the rotary motion of the motor into a linear oscillation
  • One form of a quasi-linear direct drive is, for example, the so-called vibrating armature motor (see, for example, DE 31 39 523 A1).
  • a disadvantage of such vibrating armature motors is that, on the one hand, they can only be operated with a 220 volt mains voltage and are therefore unsuitable for battery devices and they are other very large magnetic stray fields
  • a vibration drive for dry shavers, in which a rotating oscillating rotor arrangement is connected to the knife block by a cable pull via deflection rollers and drives it (cf. DE 41 17 225 A1).
  • this vibration drive operated with mains voltage has a relatively low efficiency and is large in terms of size and dimensions unsatisfactory
  • the flexibility of the drive limits its effectiveness
  • a linear permanent magnet motor is also known as a direct drive for a dry shaver, in which a movement unit is provided with a field winding over a stator Permanent magnets are suspended from leaf springs in the manner of a suspension bridge and drive a coupled cutter block (see WO 95/26261).
  • a sensor monitors the speed of the movement unit as a function of which a controller changes the electrical power supplied to the motor in such a way that the vibration amphetude of the movement unit is kept constant
  • the structure of this known direct drive for dry shavers is complicated and not very compact. The precision required for good efficiency can only be achieved with great effort
  • the present invention is therefore based on the object of providing an improved anti-jamming device of the type mentioned which avoids the disadvantages of known drives.
  • the drive device should have a simple structure and achieve stable operation with high efficiency
  • a drive device of the type mentioned with a permanent magnet motor which has a stator with an excitation winding and a rotor arranged in the stator field and rotatably mounted about an axis of rotation with at least one permanent magnet, a reset device for returning the rotor to a rest position such that the rotor can oscillate around the rest position, a coupling device for coupling the rotor to the working unit, the coupling device being connected to the rotor at a distance from the axis of rotation, a detection device for detecting the oscillating movement of the rotor, and a control unit for controlling the permanent magnet -Motor as a function of the detected oscillating movement, frequency control means for controlling the permanent magnet motor having a frequency approximately corresponding to the resonance frequency of the rotor being provided
  • the rotary bearing of the permanent magnetic movement unit which is designed as a rotor, has the advantage of high stability and rigidity.
  • the rotor in the rotary oscillating motor does not experience any rocking movement.
  • the rotary oscillating motor leads to a lower rate in a dry shaver Blade wear and allows a smaller distance between the blade and knife blocks.
  • the air gap between the rotor and stator can be very small, in particular about 0.5 mm or less. Due to the rotary bearing there is no risk of contact between the rotor and stator.
  • the work unit is not coupled to the axis of rotation of the rotor, but is eccentrically connected directly to the body of the rotor by the coupling device. This results in favorable leverage ratios and high rigidity.Especially in the case of oscillations of high frequency, which exceeds the mains frequency, the stiff and immediate transmission of the rotary movement is achieved high efficiency of the rotor on the work unit, which enables such high-frequency oscillations
  • the control unit controls the excitation winding of the stator in such a way that the rotor oscillates at a frequency that corresponds approximately to the resonance frequency of the system comprising the rotor and the reset device a very high efficiency
  • the control unit can achieve very high operating frequencies in the range of 1 Q4 min " ' ', which shortens the shaving time.
  • load surges such as they occur during shaving, can be corrected very quickly, in particular from one half-vibration pneode to the next. This increases the processing quality and speed.
  • the drive can be dimensioned small in connection with the formation of the movement As a rotor, a very compact structure can be achieved
  • the rotor has different sections made of different materials.
  • the rotor can have a core containing a soft magnetic, highly permeable material and poles made of permanent magnetic material.
  • the rotor can also have an inner core made of permanent magnetic material and poles made of a soft magnetic material. contains highly parabolic material Due to the smaller scattering losses of the poles made of permanent magnets, the air gap field and thus the output power and the efficiency of the drive are higher than in the second arrangement.
  • the inductance of the motor is smaller from the terminals of the excitation winding. As a result, the current can be faster increase, which also increases the output power.
  • the rotor is advantageously designed such that the inductance is independent of the position of the rotor. This facilitates the electronic control of the motor Fer ner is advantageously the axis of the rotor in the soft magnetic material and not incorporated into the relatively difficult to machine magnetic material. This greatly simplifies production
  • the rotor can also consist entirely of permanent magnetic material.
  • the axis of rotation is preferably not made of permanent magnetic material.
  • the complete design made of permanent magnetic material is particularly advantageous in terms of efficiency.
  • the aforementioned design has advantages in terms of manufacture and processing
  • the return device is connected to the rotor at a distance from its axis of rotation.
  • the return device therefore does not act on the axis of rotation of the rotor.
  • a precise oscillation of the rotor is effected Attacking the working unit
  • the restoring force is preferably transmitted to the rotor via the coupling device which connects the working unit to the rotor.
  • the restoring device is therefore in operative connection with the coupling device
  • the spring-like restoring force can be generated by magnetic fields, for example, restoring magnets can be attached to the rotor as a magnetic restoring device. Magnetic restoring forces can also be used in combination with other restoring devices the resetting of the rotor is effected by a mechanical spring device.
  • Leaf springs or coil springs can be used here.
  • the resetting device preferably has a resetting spring with a fastening section for fastening to the rotor and a spiral section surrounding the fastening section. This enables a particularly compact and space-saving arrangement of the resetting device to be achieved the reset device is arranged on the end face of the motor, in particular the fastening section t connected to the rotor on its end face
  • the return spring is preferably designed to be flat.
  • the fastening section and the mirror surrounding it ral section extend in one plane
  • the thickness of the return spring is given by the material thickness
  • a particularly favorable design of the return spring is provided in that the fastening section is essentially Z-shaped with a pair of mutually opposite, essentially parallel engagement sections and the spiral section has a pair of spiral arms which extend from the engagement sections in a spiral shape to the outside
  • the engagement sections are resiliently bendable in such a way that the spacing of the engagement sections from one another can be changed.
  • the return spring can therefore be spread with the engagement sections.
  • the spring body of the return spring which is preferably made of spring steel, can have different cross-sections, preferably it is rectangular
  • the rotor is arranged upright, that is to say with its end facing the working unit.
  • the coupling device is arranged on a front of the motor. This enables a very compact construction to be achieved.
  • the working unit can be arranged very close to the rotor without being hindered by the stator to be The freedom in the design of the stator remains unlimited
  • the rotor can also be arranged horizontally, that is to say the peripheral side of the rotor faces the working unit.
  • the coupling device is preferably arranged on the peripheral side of the rotor. This arrangement has advantages with regard to the mounting of the rotor. The end face of the rotor does not need for the coupling device to be accessible when designing the support of the axis of rotation there are therefore greater degrees of freedom
  • the coupling device is rigid in the direction of movement of the work unit and is designed with play perpendicular to the direction of movement of the work unit.
  • the coupling device is therefore flexible perpendicular to the direction of movement of the work unit, while being rigid in this direction of movement.
  • the coupling device is preferably only in two parts.A first coupling element, which is fixedly connected to the rotor, and a second coupling element, which is firmly connected to the working unit, are in direct engagement with one another, whereby the the two coupling elements are preferably rigid.
  • the design of the coupling device with only two rigid elements results in an immediate transmission of the drive movement without delay and allows high oscillation frequencies. A flexibility, as is the case with known coupling devices with cable pulls, is avoided
  • the one coupling element is a pin and the other coupling element is a recess, in particular an elongated hole.
  • the arrangement of the two coupling elements is basically interchangeable.
  • the pin is preferably provided on the rotor and the recess on the working unit This facilitates the assembly of the reset device, since this means that it can be attached independently of the work unit and, in addition, the handling of the work unit during cleaning or the like.
  • the coupling device is arranged on the end face of the rotor, the pin preferably extends parallel to the axis of rotation of the rotor
  • the pin When arranged on the peripheral side of the rotor, the pin preferably extends perpendicular to the axis of rotation of the rotor
  • a pair of coupling devices are provided, which are assigned to different work units and are arranged on opposite sides of the axis of rotation of the rotor in such a way that the work units are driven in opposite directions.
  • the opposite movement of the work units brings about a vibration reduction, for example on housing parts, and the inertia of the work units are compensated with each other
  • the arrangement of the coupling devices on the opposite sides of the axis of rotation of the rotor is advantageous
  • the corresponding coupling elements are rigidly connected to the rotor
  • the coupling devices are rigidly connected to one another by the rotor
  • the working units vibrate in opposite directions also with different loads on the work units, they vibrate with the same oscillation frequency.
  • each rotor can be provided, each of which is assigned to a work unit. Each work unit is therefore driven by its own rotor. Each rotor can be optimally adapted to the corresponding work unit.
  • the rotors preferably have a common axis of rotation. This simplifies the construction of the drive device.
  • the rotors can fundamentally be of the same polarity and oscillate in phase. However, the rotors preferably have different magnetization directions such that they oscillate in opposite directions to one another. This greatly reduces vibration. Not only the inertia of the working units, but also the inertia of the rotors are compensated for each other.
  • the oscillating movement of the rotor can be detected using various movement quantities.
  • the rotor deflection or the restoring force of the restoring device acting on the rotor can be detected and fed back to the control unit.
  • the rotor rotational speed is preferably detected as the movement variable characterizing the rotor vibration and is fed back to the control unit.
  • the vibration movement can basically be detected with various sensors, e.g. Hall sensors or optical sensors.
  • the detection device has a sensor device for detecting a leakage flux emanating from the permanent magnet of the rotor.
  • the detection of the oscillating movement of the rotor is therefore effected free of auxiliary magnets.
  • the rotor movement is detected by means of the magnetic flux directly emanating from the permanent magnet of the rotor.
  • the permanent magnets form part of the detection device.
  • the detection device is preferably integrated in the stator, in particular it is arranged on a pole piece of the stator.
  • the sensor coil can simply be wound around a tooth of a pole piece of the stator.
  • the integrated arrangement of the sensor device in the stator has the advantage that a space-saving, dense structure of the drive device can be achieved.
  • the detection device has a compensation device for compensating for an error component in the signal of the sensor device.
  • the magnetic flux of the excitation winding proportional to the motor current can induce a voltage in the sensor device, the fundamental wave of which Also included in the output signal of the sensor device, the compensation device preferably has a current sensor for detecting a motor current and a subtraction unit for subtracting a current sensor signal proportional to the motor current from the signal of the sensor device.
  • the detection device therefore provides an output signal which is a measure of the rotor rotational speed, regardless of the operating state of the motor
  • the motor can be controlled accordingly so that the motor can operate at a constant shear blade speed for different loads is given at its resonance frequency
  • the drive device is free of a vibration motion sensor.
  • the control unit is fed back a signal proportional to the motor current.
  • a movement of the permanent-magnet rotor has a direct effect via the voltage induced in the stator coil on the motor current.
  • the motor current can be detected with a suitable current sensor and this signal is fed back to the control unit instead of the signal of a motion sensor for controlling the motor.
  • a second signal which is a measure of the basic wave amplitude of the terminal voltage that the motor drives, together with the motor current signal, a conclusion can be drawn about the voltage induced in the motor. This voltage is proportional to the speed of rotation of the rotor, so that this variable can be controlled at different times Loads is enabled
  • the control unit regulates the electrical energy supplied to the motor as a function of the oscillating movement of the rotor by means of a control device.
  • the control device has a peak value detector for detecting a peak signal value of the detection device and regulates the energy supplied to the motor as a function of the detected one Peak value.
  • the reduction of the oscillation motion signals to one value simplifies the control of the excitation winding without significantly reducing the accuracy.
  • the detected peak value can be used here are compared to a setpoint and the energy supplied to the motor is regulated as a function of the difference
  • the control unit preferably has a signal generator for controlling the motor with bipolar voltage pulses, a modulation device being provided for modulating the voltage pulses as a function of the oscillating movement of the rotor
  • the vibration amplitude of the rotor can be influenced by effecting a phase modulation of the bipolar pulses, i.e. a so-called pulse-phase modulation.
  • a phase shifter that can be controlled by the control device can be used to shift the bipolar voltage pulses relative to the vibration cycle of the rotor.
  • the electrical power supplied to the drive can be controlled by pulse amplitude modulation.
  • the amplitude of the voltage pulses is changed This controls the amount of electrical energy of a voltage pulse.
  • the output signal of the signal generator can also be modulated in such a way that the pulse width of the bipolar pulses for controlling the motor is influenced by the controller. So-called pulse-width modulation the duration of the voltage pulses changes and thus causes a variation in the power supplied to the motor.
  • the various forms of modulation can be combined with one another. However, the use of a single form of modulation simplifies the control electronics and achieves sufficient accuracy
  • the signal generator is designed in such a way that the voltage pulses are generated in a constant phase relationship with the oscillating movement of the rotor. If pulse-width modulation is used to control the amount of energy supplied, pulse widths, which are common for similar applications, are generated -Modulations do not generate the voltage pulses at a specified starting point in time and only the end of the voltage pulses changes, but the drive pulses are widened or narrowed symmetrically on both sides.Therefore, even with a changed duty cycle of the pulse-width modulation, a rigid phase coupling between the feedback sensor signal , which characterizes the oscillating movement of the rotor, and the fundamental wave of the pulse-width-modulated drive pulses a particularly high degree of efficiency can be achieved.
  • the permanent magnet motor is operated precisely in resonance
  • control device generates at least one variable DC voltage level, which is compared by means of suitable comparators with a triangle signal generated by the signal generator in synchronism with the oscillation of the rotor, the pulse width of the voltage pulses being determined in accordance with the intersections of the triangular signal with the DC voltage level
  • the frequency control means have an oscillator for controlling the rotor with a predetermined frequency.
  • This predetermined frequency preferably corresponds approximately to the resonance frequency of the rotor in connection with the reset device
  • the frequency control means have a self-oscillating feedback loop.
  • This can in particular have a phase shifter for the signal of the detection device, the signal generator for determining the chronological sequence of the Bipolar voltage pulses, a power stage for controlling the motor and the regulating device for regulating the electrical energy supplied to the motor.
  • Controlling the motor in a self-oscillating loop has the great advantage that the trigger frequency is always kept exactly resonant, i.e. regardless of a shift in the Resonance frequency, for example due to loading of the drive with a speed-dependent force, drops in the vibration amphtude due to the actuation being prevented from operating
  • the drive device is integrated in the swivel head
  • the drive device can thus be swiveled together with the swivel head relative to the razor housing.
  • a particular advantage of this arrangement is that greater flexibility of the swivel head is made possible.
  • the coupling of the auxiliary device to the at least one knife unit does not need to have a degree of freedom or mobility, since a relative movement between the knife unit that can be pivoted with the swivel head and the drive device is not necessary.
  • the drive device also swings with the swivel head
  • the drive device is arranged upright with the axis of rotation of the rotor, in particular the pivot axis of the swivel head can be cut perpendicularly from the axis of rotation of the rotor.
  • the axis of rotation can of the rotor run parallel to the longitudinal axis of the razor housing.
  • several parallel knife units can be driven in opposite directions by a rotor and rigidly coupled to one another
  • a particularly low-vibration design can be given in that the axis of rotation of the rotor is arranged horizontally
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an oscillating, single-phase, brushless DC motor of a drive device in a plan view according to a first embodiment of the invention
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of the motor according to FIG. 1 in a side view
  • 3 shows a schematic illustration of an oscillating, single-phase, brushless DC motor of a drive device in a plan view similar to FIG. 1 according to a further embodiment of the invention
  • FIG. 4 shows a schematic illustration of the motor according to FIG. 3 in a side view
  • FIG. 5 shows a schematic plan view of the motor according to FIG. 3, which shows the coupling of a center cutter via an oscillating bridge,
  • Figure 6 is a schematic representation of the swing bridge of Figure 5 in one
  • FIG. 7 shows a schematic illustration of an oscillating, single-phase, brushless DC motor according to a further embodiment with the rotor arranged in a side view in the direction of the axis of rotation of the rotor,
  • FIG. 8 shows a schematic representation of the motor from FIG. 7 in a central section, which contains the axis of rotation of the rotor
  • FIG. 9 shows a side view of a dry shaver with a drive device, which is integrated into a swivel head of the dry shaver, according to an embodiment of the invention, in a partial sectional view along the line B-B according to FIG. 11;
  • FIG. 10 shows an enlarged section of the region of the swivel head designated by X in FIG. 9, which shows the drive device in a sectional illustration
  • FIG. 11 shows a side view of the swivel head from FIG. 9,
  • FIG. 12 shows a side view of the swivel head with the then integrated drive device according to the embodiment of FIGS. 9 to 11;
  • FIG. 13 shows a side view of the swivel head in a sectional illustration along the line AA in FIG. 12,
  • Figure 14 is a plan view of the swivel head of the embodiment according to Figures 9 to
  • FIG. 15 shows a side view of the permanent magnet motor of the drive device of the embodiment according to FIGS. 9 to 14,
  • Figure 16 is a sectional view of the motor along line A-A in Figure 15.
  • FIG. 17 shows a plan view of the motor from FIG. 15, which shows the return spring
  • Figure 18 is an uncut view of the engine similar in perspective
  • FIG. 19 shows a longitudinal section of the motor along the line B-B in FIG. 18,
  • Figure 20 is a plan view of the return spring of Figure 17 in an enlarged
  • FIG. 21 is a diagram showing the time profile (a) the rotational speed and the deflection of the rotor, (b) the drive pulses and the motor current, (c) the output signal of a vibration sensor device, (d) the output signal of a current sensor and (e) the useful signal of the vibration sensor device corresponding to the rotational speed, which is cleaned of the influence of a voltage induced by the motor current,
  • FIG. 22 is a diagram showing the operating mode of the motor, in particular the rotor deflection, the rotor speed and the drive pulses over time,
  • Figure 23 is a block diagram of a control unit for controlling the motor either with a fixed frequency or in a self-oscillating Loop with feedback of a sensor signal synchronous to the rotor vibration,
  • FIG. 24 shows a block diagram of the control unit of the motor with a pulse width
  • FIG. 25 is a diagram showing the sensor useful signal according to FIG. 21 (e) and its
  • FIG. 26 shows a diagram similar to FIG. 25, the sensor useful signal being relatively small in relation to the noise components and the processing being shown with and without hysteresis, and
  • FIG. 27 is a diagram which illustrates the generation of the pulse-width-modulated drive pulses over time
  • stator 1 and 2 has a stator 2 with an excitation winding 3 and as a movement element a rotor 4, which is arranged in the field of the stator 2
  • the stator 2 has a stator yoke, each with two pole shoes 5 bent approximately in a semicircular shape, which delimit a circular cylindrical space between them.
  • the poi shoes 5 are constructed from arc-shaped iron sheets that extend perpendicular to the longitudinal axis of the interior delimited by the pole shoes 5.
  • the iron sheets are by means of Centering pins 6 positioned to each other
  • the two pole shoes are connected to one another on a lower side by a yoke 7, which is preferably also made of iron sheets.
  • the excitation winding 3 is wound around the yoke 7 (see FIG. 2).
  • the stator 2 can also be made of a sheet metal instead of the iron sheets other soft magnetic material with a high permeability
  • the rotor 4 is arranged in the space between the two halves of the stator 2 and extends with its axis of rotation 8 along the longitudinal axis of the cylindrical space.
  • the axis of rotation 8 of the rotor is on the underside and the top of the pole shoes 5 each rotatably supported by a bearing.
  • a suitable end shield 9 is provided on the bottom and top of the pole shoes 5.
  • the rotor 4 could also be supported on one side, but it is preferably supported on both sides, since such a bearing brings about greater rigidity and enables a smaller gap between the rotor and the pole shoes.
  • the rotor 4 has a core made of soft magnetic material, in particular iron, in which the axis of rotation 8 is arranged.
  • the core 10 can be shaped differently, preferably it is circular cylindrical in cross section.
  • two shell-shaped permanent magnets 11 are arranged diametrically opposite one another.
  • the permanent magnets 11 can each extend in a sector of up to 180 ° around the core 10. In particular, the permanent magnets can each sector around the core at an angle of 40 to 100 °, in particular about 70 °
  • the permanent magnets can be magnetized radially or diametrically.
  • the magnetization axes point in the same direction in both permanent magnets 11, that is to say in FIG. 1 either upwards or downwards.
  • the permanent magnets 11 are arranged on the core 10 in such a way that in a rest position of the rotor they are arranged exactly opposite the gaps between the two pole shoes 5 (cf. FIG. 1).
  • the rotor 4 As a coupling device 12 for transmitting a drive movement of the rotor 4 to knife units of a dry shaver, not shown in FIGS. 1 and 2, the rotor 4 carries on its upper end face two projecting driving pins 13 which are connected to the knife units and drive them.
  • the coupling device 12 is therefore arranged on the upper end face of the rotor 4.
  • the driving pins 13 are spaced from the axis of rotation 8 of the rotor and are preferably arranged approximately on the outer circumference of the rotor in order to bring about favorable leverage.
  • the driving pins 13 are arranged in particular between the core 10 and the permanent magnets 1 of the rotor 4. This can be used as an assembly or positioning aid for the permanent magnets
  • the rotor performs 4 small angular oscillations, as will be explained in more detail later.
  • the maximum angle amplitudes are preferably in the range from ⁇ 5 to ⁇ 20, in particular approximately in the order of magnitude of ⁇ 12.
  • the small rotation angles cause the driving pins to vibrate in the direction of movement the cutter block, in Figure 1 from left to right and vice versa.
  • the lateral movements associated with the rotational oscillation transverse to the movement of the cutting units, i.e. up and down in Figure 1, are very small and amount to a maximum of about 0.1 mm.
  • the rotor 4 In order to achieve the highest possible vibration amphetude of the knife units and the highest possible efficiency of the drive, it is advantageous to provide the rotor 4 with a spring-like restoring force around the rest position shown in FIG. 1 and the excitation frequency is equal to the resonance frequency of the coupled electro-mechanical spring mass -System to choose, as will be explained in more detail later.
  • return device 14 four helical springs 15 are provided in the embodiment according to FIGS. 1 and 2, which return the rotor 4 to the rest position after deflections from the rest position.
  • the return springs 15 are each included one end to a reset fixation 16, for example a section of the razor house, firmly articulated and coupled at its other end to the rotor 4.
  • the return springs 15 do not act on the axis of rotation 8 of the rotor 4, but are spaced from it eccentrically on the body of the Rotors 4 articulated, in particular re they are connected to the driving pins 13 of the coupling device 12. As shown in FIG. 1, the return springs 15 are each connected in pairs to one of the driving pins 13 via return coupling elements 17 13 are articulated
  • the reset coupling elements 17, unlike in FIG. 1, are designed with a sufficient width so that they cover the upper bearing plate 9 and extend out to the edge of the stator 2.
  • the reset coupling elements 17 and the upper end shield 9 thus seal the interior of the engine against dirty hair and moisture.
  • a seal of the interior of the engine is therefore preferably provided
  • the springs could also be connected between the ends of the knife units driven by the rotor 4 and corresponding return spring fixings, for example the razor housing. The springs then cling to the knife units at one end and to the razor housing at the other end from
  • a detection device 18 which has a sensor coil 19 which receives the magnetic flux emanating from the permanent magnets 11.
  • auxiliary magnets attached to the rotor 4 are not necessary, as shown in FIG. 1, the sensor coil 19 Integrated into the stator 2
  • the sensor coil 19 is simply wound around a tooth of a pole piece 5 If the rotor 4 moves with the permanent magnets 11, a variable magnetic flux flows through the sensor coil 19.
  • the induced voltage caused thereby is a measure of the rotational speed of the rotor 4 and can be used as an oscillation signal.
  • the voltage induced in the sensor coil 19 also contains a portion of the variable current of the excitation winding 3. This portion is superimposed on the actual oscillation signal as a disturbance signal. This disturbance portion is explained by a compensation device, as will be explained in more detail later will be compensated
  • a flat, spiral-shaped torsion spring can also be provided as the restoring device 1 14.
  • the torsion spring 1 15 engages the two driving pins 13 of the rotor 4 and is attached with its outer ends to the stator 2 or another fixed point of the razor housing torsion spring 115 of this type permits a particularly compact construction of the permanent magnet motor 100.
  • the embodiment according to FIGS. 3 and 4 corresponds otherwise to the embodiment according to FIGS. 1 and 2. Corresponding components are given the same reference numbers as in FIGS. 1 and 2
  • More than two cutting units can also be coupled to the two driving pins 13.
  • a central cutter can also be coupled to the unit, as is arranged in modern razor shaving heads between the two parallel parallel shaving knife blocks.
  • the center cutter (not shown in detail) can be operatively connected to one of the driving pins 13 by means of an oscillating bridge 20.
  • the oscillating bridge 20 points for this purpose, a movement element 21, which is arranged approximately centrally above the end face of the rotor 4 and is mounted in a linearly movable manner parallel to the direction of movement of the knife units, that is to say from left to right and vice versa according to FIG. 5.
  • the movement element 21 has a driver 22 which can be brought into engagement with the center cutter and the movement of the movement element 21 is transmitted to the center cutter.
  • the movement element 21 itself is moved by one of the driving pins 13.
  • the movement element 21 has a rigid coupling element 23 which is rigidly connected to the movement element 21 and mi To this end, the coupling element 23 has a recess 24 into which the driver pin 13 engages.
  • the recess 24 is designed as an elongated hole, the longitudinal axis of which extends perpendicular to the direction of movement of the movement element 21 by the proportion of the drive movement of the driver pin 13 transversely to the direction of movement of the movement element 21, which arises from the rotational movement of the rotor 4, in the direction of the movement of the movement element 21, however, the engagement between the coupling element 23 and the driving pin 13 is free of play, that is to say the coupling of the oscillating bridge 20 to the rotor 4 kinematically rigid in this direction of movement in order to reduce vibrations and noise emissions and to enable the rotor 4 to oscillate exactly.
  • the oscillating bridge 20 is mounted in a quasi linearly movable manner by means of leaf springs 25. As shown in FIG.
  • the leaf springs 25 extend essentially perpendicular to the movement element 21, with the ends of which they are each connected to one of their ends.
  • the leaf springs 25 extend laterally along the stator 2 and are fixed at their respective other ends to a corresponding fixation, for example on the razor housing, as shown in FIG. 6 the oscillating bridge 20 is provided with a pressure spring 26, which pushes the center cutter, not shown in detail, upwards.
  • FIGS. 7 and 8 A further embodiment of a permanent magnet motor 200 according to the invention is shown in FIGS. 7 and 8. Components corresponding to the previous embodiments are identified by the same reference numerals.
  • a rotor unit 204 is not standing with its end face facing the knife units, but rather is arranged rotated through 90 °, so That a circumferential side of the rotor unit 204 faces the knife units of the razor
  • the coupling device 12 is accordingly not arranged on an end face of the rotor unit 204, but on the circumferential side facing the knife units.
  • the coupling device 12 also has driving pins 13, which correspond in a corresponding manner to the knife units in 7 and 8, the driving pins 13 are arranged perpendicular to the circumferential side of the rotor unit 204, they are perpendicular to the axis of rotation 8 of the rotor unit 204 and stand from the circumferential side i n in the radial direction beyond this and extend between one of the two gaps between the two pole pieces of the stator and protrude beyond the stator
  • the rotor unit 204 can basically be constructed as an integral unit.
  • the driving pins 13 of the coupling device 12 are also rigidly connected to one another.
  • the rotor unit 204 preferably has two mutually independent rotors 204a and 204b (cf. FIG. 8) which can be moved independently of one another.
  • the two rotors 204a and 204b are advantageously aligned and coaxial with one another arranged on a common axis of rotation 8
  • the rotors 204a and 204b are magnetized in opposite directions, that is to say the permanent magnets 11 are arranged on the two rotors 204a and 204b in opposite directions (cf. FIG.
  • the reset device 214 in the embodiment according to FIGS. 7 and 8 has leaf springs 215 which are rigidly connected to a reset fixation 216 at one of their ends. At their other ends, they are connected to one of the rotors 204a and 204b at a distance from the axis of rotation 8 by means of a reset coupling element 217.
  • the restoring springs 216 act on the respective rotor with a restoring force which returns the rotor to the rest position after deflections.
  • the rotors can also be returned to their rest position by other return springs, in particular a spiral torsion spring similar to FIG. 3 can also be used for this.
  • FIG. 9 shows a detailed illustration of the embodiment of a dry shaver according to the invention, in which a drive device with a permanent magnet motor 100 similar to the embodiment of FIGS. 3 and 4 with a standing rotor and a spiral torsion spring for resetting the rotor 4 is provided.
  • the dry shaver has a razor housing 27, in which a battery 28 for powering the drive and a control unit 29 for controlling the permanent magnet motor 100 are accommodated (see FIG. 9).
  • a swivel head 20 is provided, which is mounted on the razor housing 27 so as to be pivotable about a swivel axis 31.
  • a pair of cutting units 32 are provided, which are arranged under a shear foil 33 arranged on the end face of the swivel head 30 and can be swiveled together with the swivel head 30.
  • the cutting units 32 are oscillated back and forth by the permanent magnet motor 100 in a direction that is parallel to the pivot axis 32.
  • the drive device for the cutting units 32 is integrated in the swivel head 30 so that it can be swiveled back and forth together with the swivel head 30.
  • the swivel head 30 has a drive receptacle 34 in which the permanent magnet motor 100 is accommodated.
  • the permanent magnet motor 100 is firmly connected to the swivel head 30.
  • the drive receptacle 34 is approximately complementary to the outer contour of the stator 2, so that it is in the drive receptacle 34 can be used (cf. FIGS. 9 and 10).
  • the drive receptacle 34 has on one side a contact projection 35 against which the permanent magnet motor 100 can be pushed.
  • the permanent magnet motor 100 is fixed by means of a fastening plate 36 which is fastened to the drive receptacle 34 the rotor 4 is rotatably connected to the axis of rotation 8 in the region of its two end faces by a bearing 37.
  • the axis of rotation 8 is connected to end shields 9 on both ends of the rotor 4, which are radial over the rotor 4 protrude and are firmly connected to the stator 2
  • the axis of rotation 8 can of course also be fixedly connected to the rotor and pivoted to the end shields 9
  • the cutting units 32 sit directly on the driver pins 13 projecting towards the end of the swivel head 30 hm (cf. FIG. 13) and are driven by them in an oscillating manner in accordance with the movement of the rotor 4.
  • the driver device for coupling the center cutter 38 is not shown in FIG only two cutting units 32 is shown
  • the drive device has a return spring 115 which is arranged between the cutting units 32 and the upper end face of the rotor 4 (cf. FIGS. 10, 13, 16 and 17).
  • the return spring 1 15 is closer in FIG. 20 It has a fastening section 39 for fastening to the rotor 4 and a spiral section 40 surrounding the fastening section 39.
  • the spring is flat overall.
  • the fastening section 39 is essentially Z-shaped and has a pair of mutually opposite, essentially parallel to one another Engagement sections 41, with which the return spring 115 can be clamped between the driving pins 13.
  • the engagement sections 41 have shell-shaped troughs, which are provided for receiving the driving pins 13 (see FIG. 17).
  • the spiral section 40 has a pair of spiral arms 42, which are in contact with one another spiraling outward from the engaging portions 41 extend (see Figure 20)
  • the ends of the spiral arms 42 are fixedly connected to the swivel head 30.
  • the restoring spring 115 made of spring steel, exerts a restoring force on the driving pins 13, which, when deflected, return the rotor 4 to the rest position, so that the latter can perform torsional vibrations around the rest position.
  • the return spring 115 is in connection with the mass of the rotor 4 and
  • the mass of the cutting units 32 is designed such that the resonance frequency of the spring mass system is very high, preferably in the range of about 10 ⁇ / minute.
  • One or more rotors are preferably provided with a plurality (in total in particular 2) of knife units or knife blocks, which define an oscillation system with individual masses M1, M2 and individual force constants K1 and K2 relative to the stator, the ratio of force constant and mass for an oscillation system being approximately the same which is thought to be a different vibration system.
  • the masses in the vibration systems are approximately the same.
  • the permanent magnet motor is supplied with low-voltage electrical energy from the rechargeable battery, although it is not supplied with a direct voltage but with a switched voltage.
  • the control unit 29 supplies the excitation winding 3 with bipolar voltage pulses (cf. U in FIG. 22).
  • the voltage pulses hit the rotor approximately at the zero crossings of the vibration, where the speed is maximum.
  • the positive and negative pulses make it possible to accelerate the rotor 4 in the correct direction during the back and forth movement.
  • the current vibration state of the rotor 4 must be detected as precisely as possible and a corresponding signal must be provided which can be fed back to the control unit 29.
  • the signal processing of the detection device 18 is explained in more detail below.
  • FIG. 21C shows the course over time which is induced in the sensor coil 19 when the rotor 4 oscillates at the rotational speed shown in FIG. 21A.
  • the vibration sensor signal that is to say the voltage induced in the sensor coil 19, is superimposed by interference components.
  • a low-pass filter 43 at the input of the sensor signal processing dampens higher-frequency harmonics in order to obtain a signal proportional to the rotor rotation speed.
  • this reduction of the interference components is not sufficient.
  • a compensation device for compensating this fault component has a current sensor for detecting the current in the excitation winding 3, with the aid of which the current in the excitation winding 3 is detected separately
  • This current sensor can consist of a soft magnetic ring, through which a line of the power supply of the motor is led.
  • the motor current flowing through induces a second wire, which can be applied to the ring in several turns e Voltage which is provided as a current sensor signal and has the time profile shown in FIG. 21 D when the motor current l mo t in the excitation winding 3 has the profile shown in FIG. 21 B In the case of the motor current l mo t shown in FIG. 21 B It should be noted that when the excitation winding 3 is actuated with voltage pulses, which are designated PWM in FIG. 21B, the motor current caused by the sudden rectangular voltage pulses does not increase abruptly due to the inductance of the excitation winding 3, but rather the shark fin shape shown in FIG. 21B Get history
  • the voltage induced in the current sensor is proportional to the profile of the current component, i.e. the error component, in the signal from the sensor coil 19. It should be noted that due to the design of the motor, the influence of the angle of rotation of the rotor 4 on the profile of the excitation flow is negligible.
  • the permanent magnet -Motor 100 uses a rotor 4 with a circular cross section and permanent magnets 1 1 whose permeability differs only slightly from the property of the air gap, so that the influence of the angle of rotation of the rotor 4 is almost negligible by subtracting the current sensor signal from the current sensor according to FIG. 21D from that Output signal of the sensor coil 19 according to FIG.
  • the compensation device has a corresponding subtraction unit for subtracting the current sensor signal from the signal of the sensor coil 19 After a subsequent low-pass filtering of the difference between the two signals by means of a low-pass filter, a signal curve is obtained which is a measure of the rotor rotation speed in any operating state of the motor, regardless of the duty cycle, that is to say the width of the voltage pulses.
  • the signal curve is shown in FIG. 21E and referred to as sensor useful signal This enables the motor to operate at a constant speed of the cutting units at its resonant frequency for different loads
  • FIG. 23 shows the block diagram of the overall system of permanent magnet motor 100 and control unit 29.
  • the upper signal path can be between operating the motor in a self-oscillating loop or operating the motor at a fixed frequency, which is generated by an oscillator 44 is operated.
  • the lower signal path represents the regulation of the vibration state of the rotor 4
  • the input filter 43 contains the low-pass filter described above and the compensation device for compensating for the error component in the signal from the sensor coil 19 and carries out a level adjustment of the sensor signal. If the sensor useful signal is superimposed by disturbance variables such as harmonics, these are attenuated in the input filter 43
  • the oscillation frequency of the permanent magnet motor 100 is given by the frequency at which the phase shift between points 1 and 1 'of the signal path according to FIG. 23 with an open loop is 360 ° by means of an adjustable phase delay 45 This point is adjusted to the resonance maximum between points 2 and 3 of the signal path.
  • a subsequent signal generator 46 generates a signal which is synchronous with the rotor oscillation and which determines the temporal sequence of the bipolar drive voltage pulses which drive the motor 100 via a power stage 47, such as a full bridge
  • the oscillator 44 defines the frequency of the signal generator and thus the chronological sequence of the bipolar voltage pulses, the frequency preferably being approximately set to the resonance frequency of the spring mass system comprising the rotor 4 and the reset device 114
  • the filtered sensor useful signal according to FIG. 21E is fed to a detector 48, which uses this signal to determine the actual value of the state variable to be controlled.
  • this is preferably a peak value detector which detects the respective peak value of this signal.
  • a one-way rectification allows the detection of an actual value per oscillation period; a two-way rectification allows two samples per period and thus a faster reaction of the control, for example to load surges.
  • An average value of the sensor useful signal such as the effective value, could also be used as the actual value. However, the amplitude of the sensor useful signal is preferably used.
  • the detected actual value is fed to a controller 49, which can be implemented in analog technology, for example as a PI controller. Alternatively, an analog-digital conversion of the detected state variable can be carried out and the control can be carried out in digital technology using a switching mechanism or an M controller.
  • the controller 49 modulates the output signal of the signal generator to control the oscillation state.
  • the modulation can basically be done in different ways, for example by pulse phase modulation (PPM), by pulse amplitude modulation (PAM) or by pulse width modulation (PWM).
  • PPM pulse phase modulation
  • PAM pulse amplitude modulation
  • PWM pulse width modulation
  • the preferred pulse-width modulation is explained in more detail below on the basis of the detailed block diagram of the self-oscillating control according to FIG. This clearly shows the loop structure of the system.
  • the signals of the detection device 18 are fed back into the control unit 29 via the input filter 43.
  • the sensor useful signal is fed to the phase shifter 45, which determines the phase delay and thus defines the operating frequency of the motor.
  • the sensor useful signal in the signal generator 46 is first converted into a synchronous square wave signal. This is done using a comparator 50 (see FIG. 34).
  • the square-wave signal which is used to generate the bipolar voltage pulses, must be in a fixed phase relationship to the vibration of the rotor 4 in any operating state of the motor.
  • the square-wave signal is generated by the comparator 50 in synchronism with the zero crossings of the sensor useful signal, as is illustrated in FIGS. 25 and 26 using two half-waves of the sensor useful signal. If harmonics in the useful sensor signal are sufficiently attenuated by the input filter 43, these interference components are also in the region of the zero crossings compared to the useful sensor signal and the curve shown in FIG. 25 results
  • the comparator 50 is implemented with a hysteresis, so that regardless of the remaining disturbance variables in the sensor useful signal, a rectangular signal meets the requirements
  • the square-wave signal is fed to a signal generator 51, which is designed as a bandpass filter (cf. FIG. 24).
  • the corner frequencies of the bandpass filter are selected such that the bandpass filter delivers an approximately triangular output signal the decoupling of DC voltage components in the bandpass filter results in a curve of the triangular signal that is symmetrical with respect to the reference potential
  • the triangular signal provided by the signal generator 51 is compared in a subsequent stage by means of two comparators 52 and 53 with two variable direct voltage signals (see FIG. 27).
  • the interfaces of the direct voltage signal with the triangular signal determine the width of the bipolar voltage pulses A positive voltage pulse is generated from the direct voltage signal and the triangular signal and a negative voltage pulse is generated from the lower direct voltage signal and the triangular signal.
  • the pulse width of these voltage pulses can be varied, i.e.
  • the pulse width can be modulated (pulse-width modulation) by increasing the upper DC voltage level or below and the lower DC voltage level is simultaneously shifted downwards or upwards
  • pulse-width modulation generation a widening or narrowing of the drive pulses symmetrical to the peaks of the triangular signal is achieved (see FIG. 27 ) Due to the fixed phase relationship between the sensor useful signal and the triangular signal, a rigid phase coupling between the feedback sensor useful signal of the detection device 18 and the fundamental wave of the drive pulses is maintained even when the duty cycle changes.
  • the filtered useful sensor signal is fed to the detection device 18 to the peak value detector 54, which determines the respective amplitude of the vibrations of the sensor useful signal of the rotor 4
  • the detected amplitude value is compared with a target value and the difference signal is fed to a suitable controller, for example a PI controller 49.
  • the output signal of the controller controls the simultaneous shift of the two DC voltage levels, which determine the voltage pulse width of the drive pulses and so on effect a regulation of the vibration amplitude
  • the function of the triangular signal can be implemented by a digital circuit in the form of a payer paying up and down.
  • the payer level is then determined using digital comparators with the output value of a digital controller compared and the bipolar voltage pulse generated in this way
  • the setpoint value of the rotational speed supplied to the controller 49 can be predefined.
  • the setpoint value can be varied by the user of the dry shaver within defined limits in discrete steps or continuously.
  • the user can set the speed of the cutting device within a predefined range Limits are set so that an optimal shave with minimal skin irritation is achieved for each skin type.
  • the vibration amplitude can be preselected. The controller then calculates and controls the associated speed for the given vibration frequency the energy supplied to the drive so that the vibration amphetude remains constant at different loads The fact that the vibration control can be carried out very quickly is particularly advantageous in the drive device according to the invention.
  • the pulse width of the drive pulses can already be influenced from one half oscillation to the next half oscillation. This leads to a constant shaving quality and a shortening of the shaving time.
  • conventional drives with an insufficiently rigid coupling between the motor axis and the cutting device such a rapid regulation is not possible. For this reason, only a constant vibration on average can be achieved with these drives by regulation.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung zum Antreiben einer rotatorisch oszillierend bewegbaren Arbeitseinheit von Haushaltsgeräten, insbesondere Trockenrasierer. Die erfindungsgemäße Antriebseinrichtung besitzt einen Permanentmagnet-Motor, der einen Stator mit einer Erregerwicklung und einen im Statorfeld angeordneten, um eine Drehachse drehbar gelagerten Rotor mit mindestens einem Permanentmagneten aufweist, eine Rückstelleinrichtung zur Rückstellung des Rotors in eine Ruhelage derart, daß der Rotor um die Ruhelage schwingen kann, eine Kopplungseinrichtung zur Kopplung des Rotors mit der Arbeitseinheit, wobei die Kopplungseinrichtung von der Drehachse beabstandet mit dem Rotor verbunden ist, eine Erfassungseinrichtung zur Erfassung der Schwingbewegung des Rotors und eine Ansteuereinheit zur Ansteuerung des Permanentmagnet-Motors in Abhängigkeit der erfaßten Schwingbewegung, wobei Frequenzsteuermittel zur Ansteuerung des Permanentmagnet-Motors mit einer etwa der Resonanzfrequenz des Rotors entsprechenden Frequenz vorgesehen ist.

Description

Antriebseinrichtung für oszillierende elektrische Produkte des persönlichen Bedarfs, insbesondere Trockenrasierer
Die vorliegende Anmeldung betrifft eine Antriebseinrichtung zum Antreiben einer ozil erend bewegbaren Arbeitseinheit von elektrischen Produkten des personlichen Bedarfs, insbesondere Trockenrasierer
Als Haushaltsgeräte mit einer oszillierenden Arbeitseinheit sind beispielsweise Trockenrasierer bekannt, die die Barthaare mit einem hin- und herschwingenden Schermesserblock abtrennen Oszillierende Trockenrasierer werden herkommlicherweise durch einen rotaton- schen Elektromotor, beispielsweise einen Gleichstrommotor, angetrieben Die rotatoπsche Bewegung der Motorachse wird dabei durch ein geeignetes Exzenter-Getriebe in eine lineare Schwingbewegung umgewandelt
Im Gegensatz zu solchen Getriebelosungen kann die lineare Schwingbewegung der Arbeitseinheit auch durch einen Direktantrieb unmittelbar erzeugt werden Hierdurch entfallt das Exzenter-Getriebe zur Umwandlung der rotatonschen Motorbewegung in eine lineare Oszillation
Eine Form eines quasi linearen Direktantriebs stellt beispielsweise der sogenannte Schwingankermotor dar (vgl beispielsweise DE 31 39 523 A1 ) Nachteilig bei solchen Schwingankermotoren ist jedoch, daß sie zum einen nur mit einer 220 Volt Netzspannung betrieben werden können und deshalb ungeeignet für Batteriegerate sind und sie zum anderen sehr große magnetische Streufelder erzeugen
Ferner ist für Trockenrasierer ein Vibrationsantrieb bekannt, bei dem eine drehschwingende Rotoranordnung durch einen Seilzug über Umlenkrollen mit dem Messerblock verbunden ist und diesen antreibt (vgl DE 41 17 225 A1) Dieser mit Netzspannung betriebene Vibrationsantrieb besitzt jedoch einen relativ geringen Wirkungsgrad und ist hinsichtlich seiner Große und Ausmaße unbefriedigend Die Nachgiebigkeit des Antriebs begrenzt dessen Wirksam¬
Als Direktantrieb für einen Trockenrasierer ist ferner ein linearer Permanentmagnet-Motor bekannt, bei dem über einem Stator mit einer Erregerwicklung eine Bewegungseinheit mit Permanentmagneten an Blattfedern nach Art einer Hangebrucke aufgehängt ist und einen angekoppelten Schermesserblock antreibt (vgl WO 95/26261) Ein Sensor überwacht die Geschwindigkeit der Bewegungseinheit in Abhängigkeit derer eine Steuerung die dem Motor zugefuhrte elektrische Leistung derart verändert, daß die Schwingungsamphtude der Bewegungseinheit konstant gehalten wird Dieser bekannte Direktantrieb für Trockenrasierer ist jedoch in seinem Aufbau kompliziert und wenig kompakt Die für einen guten Wirkungsgrad erforderliche Präzision ist nur mit großem Aufwand zu erreichen
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Antnebsein- πchtung der genannten Art zu schaffen, die die Nachteile bekannter Antriebe vermeidet Insbesondere soll die Antriebseinrichtung einen einfachen Aufbau besitzen und einen stabilen Betrieb mit hohem Wirkungsgrad erreichen
Erfindungsgemaß wird diese Aufgabe gelost durch eine Antriebseinrichtung der genannten Art mit einem Permanentmagnet-Motor, der einen Stator mit einer Erregerwicklung und einen im Statorfeld angeordneten, um eine Drehachse drehbar gelagerten Rotor mit mindestens einem Permanentmagneten aufweist, einer Ruckstelleinrichtung zur Ruckstellung des Rotors in eine Ruhelage derart, daß der Rotor um die Ruhelage schwingen kann, einer Kopplungseinrichtung zur Kopplung des Rotors mit der Arbeitseinheit, wobei die Kopplungseinrichtung von der Drehachse beabstandet mit dem Rotor verbunden ist, einer Erfassungseinrichtung zur Erfassung der Schwingbewegung des Rotors, und einer Ansteuereinheit zur Ansteuerung des Permanentmagnet-Motors in Abhängigkeit der erfaßten Schwingbewegung, wobei Frequenzsteuermittel zur Ansteuerung des Permanentmagnet-Motors mit einer etwa der Resonanzfrequenz des Rotors entsprechenden Frequenz vorgesehen sind
Die rotatoπsche Lagerung der als Rotor ausgebildeten permanentmagnetischen Bewegungseinheit besitzt den Vorteil hoher Stabilität und Steifheit Im Gegensatz zu einer Feder- aufhangung nach Art einer Hangebrucke beim Linear Motor erfahrt der Rotor beim rotatonsch oszillierenden Motor keine Schaukelbewegung Der rotatonsch oszillierende Motor fuhrt in einem Trockenrasierer zu einem geringeren Scherblattverschleiß und erlaubt einen geringeren Abstand zwischen Scherblatt und Messerblocken Vorteilhafterweise kann der Luftspalt zwischen Rotor und Stator sehr klein, insbesondere etwa 0,5 mm oder noch weniger betragen Durch die rotatoπsche Lagerung besteht keine Gefahr einer Berührung zwischen Rotor und Stator Dies bewirkt einen hohen Wirkungsgrad Die Arbeitseinheit ist nicht an die Drehachse des Rotors angekoppelt, sondern durch die Kopplungseinrichtung exzentrisch unmittelbar mit dem Korper des Rotors verbunden Hierdurch werden gunstige Hebelverhaltnisse und eine hohe Steifigkeit bewirkt Insbesondere bei Oszillationen hoher, die Netzfrequenz weit übersteigender Frequenz besitzt die steife und unmittelbare Übertragung der Drehbewegung des Rotors auf die Arbeitseinheit eine hohe Effizienz, sie ermöglicht erst solch hochfrequente Oszillationen
Die AnSteuereinheit, der über die mit ihr verbundene Erfassungseinrichtung die Schwingbewegung des Rotors ruckgekoppelt wird, steuert die Erregerwicklung des Stators derart an, daß der Rotor mit einer Frequenz schwingt, die in etwa der Resonanzfrequenz des Systems aus Rotor und Ruckstelleinrichtung entspricht Der Betrieb in Resonanz bewirkt einen sehr hohen Wirkungsgrad Durch die Ansteuereinheit können im Gegensatz zu wuchtigen netzbetriebenen Geraten mit geringem Wirkungsgrad sehr hohe Betπebsfrequenzen im Bereich von 1 Q4 min"'' erreicht werden, wodurch die Rasierzeit verkürzt werden kann In Verbindung mit der steifen Ankopplung der Arbeitseinheit können Laststoße, wie sie beim Rasieren auftreten, sehr schnell, insbesondere von einer Halbschwingungspeπode zur nächsten, ausgeregelt werden Dadurch erhöht sich die Bearbeitungsquahtat und -geschwindigkeit Aufgrund des hohen Wirkungsgrads kann der Antrieb klein dimensioniert werden In Verbindung mit der Ausbildung der Bewegungseinheit als Rotor kann damit ein sehr kompakter Aufbau bewirkt werden
Gemäß einer bevorzugten Ausfuhrung der Erfindung besitzt der Rotor verschiedene Abschnitte aus verschiedenen Materialien Insbesondere kann der Rotor einen mnenhegenden Kern aus einem weichmagnetischen, hochpermeablen Material und Pole aus permanentmagnetischem Material aufweisen Umgekehrt kann der Rotor auch einen innenliegenden Kern aus permanentmagnetischem Material und Pole aus einem weichmagnetischen, hochpar- meablen Material enthalten Aufgrund von kleineren Streuverlusten der Pole aus Permanentmagneten ist das Luftspaltfeld und damit die Ausgangsleistung und der Wirkungsgrad des Antriebs hohe als bei der zweiten Anordnung Ferner ist die Induktivität des Motors von den Klemmen der Erregerwicklung aus gesehen kleiner Hierdurch kann der Strom schneller ansteigen, was ebenfalls die Ausgangsleistung erhöht Vorteilhafterweise ist der Rotor derart ausgebildet, daß die Induktivität unabhängig von der Lage des Rotors ist Dies erleichtert die elektronische Ansteuerung des Motors Ferner ist vorteilhafterweise die Achse des Rotors in das weichmagnetische Material und nicht in das relativ schwer zu bearbeitende Magnetma- teπal eingearbeitet Dies erleichtert die Herstellung wesentlich
Der Rotor kann auch vollständig aus permanentmagnetischem Material bestehen Vorzugsweise ist hierbei die Drehachse nicht aus permanentmagnetischem Material Die vollständige Ausfuhrung aus permanentmagnetischem Material ist besonders vorteilhaft hinsichtlich des Wirkungsgrads Die zuvor genannte Ausfuhrung besitzt jedoch Vorteile hinsichtlich der Herstellung und der Bearbeitung
Gemäß einer bevorzugten Ausfuhrung der Erfindung ist die Ruckstelleinrichtung mit dem Rotor von dessen Drehachse beabstandet verbunden Die Ruckstelleinrichtung greift also nicht an der Drehachse des Rotors an Durch den Angriff am Rotor mit einem Hebelarm wird eine präzise Schwingung des Rotors bewirkt Die Ruckstelleinrichtung kann grundsätzlich auch an der Arbeitseinheit angreifen Vorzugsweise wird die Ruckstell kraft über die Kopp- lungseinπchtung, die die Arbeitseinheit mit dem Rotor verbindet auf den Rotor übertragen Die Ruckstelleinrichtung ist also mit der Kopplungseinrichtung in Wirkverbindung
Die Ruckstellung des Rotors aus ausgelenkten Lagen in seine Ruhestellung kann auf verschiedene Weisen bewirkt werden Beispielsweise kann die federartige Ruckstellkraft durch magnetische Felder erzeugt werden, zum Beispiel können als Magnetruckstellvorrichtung Ruckstellmagnete am Rotor angebracht werden Magnetische Ruckstellkrafte können auch in Kombination mit anderen Ruckstelleinrichtungen verwendet werden Vorzugsweise jedoch wird die Ruckstellung des Rotors durch eine mechanische Federeinrichtung bewirkt Hierbei können Blattfedern oder Schraubenfedern verwendet werden Vorzugsweise besitzt die Ruckstelleinrichtung eine Ruckstellfeder mit einem Befestigungsabschnitt zur Befestigung am Rotor und einen den Befestigungsabschnitt umgebenden Spiralabschnitt Hierdurch laßt sich eine besonders kompakte und platzsparende Anordnung der Ruckstelleinrichtung erreichen Vorzugsweise ist die Ruckstelleinrichtung auf der Stirnseite des Motors angeordnet, insbesondere kann der Befestigungsabschnitt mit dem Rotor an dessen Stirnseite verbun¬
Um durch die Ruckstelleinrichtung nur wenig Bauraum auszufüllen, ist die Ruckstellfeder vorzugsweise eben ausgebildet Der Befestigungsabschnitt und der diesen umgebende Spi- ralabschnitt erstrecken sich in einer Ebene Die Dicke der Ruckstellfeder ist durch die Materialstarke gegeben
Eine besonders gunstige Ausbildung der Ruckstellfeder ist dadurch gegeben, daß der Befestigungsabschnitt im wesentlichen Z-formig mit einem Paar sich gegenüberliegenden, zueinander im wesentlichen parallelen Eingriffsabschnitten ausgebildet ist und der Spiralabschnitt ein Paar Spiralarme, die sich von den Eingriffsabschnitten aus spiralförmig nach außen erstrecken, aufweist Die Eingriffsabschnitte sind derart federnd biegbar, daß der Abstand der Eingriffsabschnitte zueinander veränderbar ist Die Ruckstellfeder ist also mit den Eingriffsabschnitten einspreizbar Der Federkorper der vorzugsweise aus Federstahl bestehenden Ruckstellfeder kann im Querschnitt verschieden ausgebildet sein vorzugsweise ist er rechteckig
Gemäß einer vorteilhaften Ausfuhrung der Erfindung ist der Rotor stehend angeordnet, d h mit seiner Stirnseite der Arbeitseinheit zugewandt Die Kopplungseinrichtung ist auf einer Stirnseite des Motors angeordnet Hierdurch kann ein sehr kompakter Aufbau erzielt werden Die Arbeitseinheit kann sehr nahe am Rotor angeordnet werden ohne von dem Stator behindert zu sein Die Freiheit bei der Gestaltung des Stators bleibt unbeschrankt
Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausfuhrung der Erfindung kann der Rotor auch liegend angeordnet sein, d h die Umfangsseite des Rotors ist der Arbeitseinheit zugewandt Die Kopplungseinrichtung ist vorzugsweise auf der Umfangsseite des Rotors angeordnet Diese Anordnung besitzt Vorteile hinsichtlich der Lagerung des Rotors Die Stirnseite des Rotors braucht nicht für die Kopplungseinrichtung zugänglich zu sein bei der Gestaltung der Abstutzung der Drehachse bestehen daher größere Freiheitsgrade
In Weiterbildung der Erfindung ist die Kopplungseinrichtung in der Bewegungsrichtung der Arbeitseinheit unnachgiebig und senkrecht zur Bewegungsrichtung der Arbeitseinheit mit Spiel ausgebildet Senkrecht zur Bewegungsrichtung der Arbeitseinheit ist die Kopplungsem- nchtung also nachgiebig, wahrend sie in dieser Bewegungsrichtung starr ist Die Antriebsbewegung des Rotors wird unmittelbar, ohne Verzögerung und präzise auf die Arbeitseinheit übertragen Die Nachgiebigkeit senkrecht zur Bewegungsrichtung erlaubt einen Ausgleich einer entsprechenden Bewegungskomponente des Rotors, die durch dessen Drehbewegung entsteht Um einen einfachen Aufbau des Kopplungsstrangs mit hoher Steifigkeit zu erreichen, ist die Kopplungseinrichtung vorzugsweise nur zweiteilig Ein erstes Kopplungselement, das fest mit dem Rotor verbunden ist, und ein zweites Kopplungseiement, das fest mit der Arbeitseinheit verbunden ist, sind miteinander unmittelbar in Eingriff wobei die beiden Kopplungselemente vorzugsweise starr sind Die Ausfuhrung der Kopplungseinrichtung mit nur zwei starren Elementen bewirkt eine unmittelbare Übertragung der Antriebsbewegung ohne Verzögerung und erlaubt hohe Oszillationsfrequenzen Eine Nachgiebigkeit, wie sie bei bekannten Kopplungseinrichtungen mit Seilzugen gegeben ist, ist vermieden
Eine besonders einfache und steife Ausfuhrung wird dadurch erreicht, daß das eine Kopplungselement ein Stift und das andere Kopplungselement eine Ausnehmung, insbesondere ein Langloch, ist Die Anordnung der beiden Kopplungselemente ist grundsätzlich austauschbar Vorzugsweise jedoch ist der Stift am Rotor und die Ausnehmung an der Arbeitseinheit vorgesehen Dies erleichtert die Montage der Ruckstelleinrichtung, da diese hierdurch unabhängig von der Arbeitseinheit angebracht werden kann und darüber hinaus die Handhabung der Arbeitseinheit bei der Reinigung oder dergleichen Bei einer Anordnung der Kopplungseinrichtung an der Stirnseite des Rotors erstreckt sich der Stift vorzugsweise parallel zu der Drehachse des Rotors Bei einer Anordnung an der Umfangsseite des Rotors erstreckt sich der Stift vorzugsweise senkrecht zu der Drehachse des Rotors
In Weiterbildung der Erfindung sind ein Paar Kopplungseinrichtungen vorgesehen, die verschiedenen Arbeitseinheiten zugeordnet sind und auf gegenüberliegenden Seiten der Drehachse des Rotors angeordnet sind derart, daß die Arbeitseinheiten gegenläufig angetrieben werden Die gegenläufige Bewegung der Arbeitseinheiten bewirkt eine Vibrationsreduzierung z B an Gehauseteilen, die Trägheiten der Arbeitseinheiten werden miteinander kompensiert Insbesondere in Verbindung mit der stehenden Anordnung des Rotors ist die Anordnung der Kopplungseinrichtungen auf den gegenüberliegenden Seiten der Drehachse des Rotors vorteilhaft Die entsprechenden Kopplungselemente sind starr mit dem Rotor verbunden Die Kopplungseinrichtungen sind durch den Rotor starr miteinander verbunden Die Arbeitseinheiten schwingen exakt gegenläufig Auch bei unterschiedlichen Belastungen der Arbeitseinheiten schwingen diese mit der gleichen Oszillationsfrequenz Die Ansteuerung des Motors wird hierdurch erleichtert Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung können mehrere Rotoren vorgesehen sein, die jeweils einer Arbeitseinheit zugeordnet sind. Jede Arbeitseinheit wird also von einem eigenen Rotor angetrieben. Jeder Rotor kann dabei optimal der entsprechenden Arbeitseinheit angepaßt werden. Vorzugsweise besitzen die Rotoren eine gemeinsame Drehachse. Dies vereinfacht den Aufbau der Antriebseinrichtung. Die Rotoren können grundsätzlich gleichpolig ausgebildet sein und gleichphasig schwingen. Vorzugsweise jedoch weisen die Rotoren unterschiedliche Magnetisierungsrichtungen auf derart, daß sie zueinander gegenläufig schwingen. Dies bewirkt in hohem Maße eine Vibrationsreduzierung. Nicht nur die Trägheiten der Arbeitseinheiten, sondern auch die Trägheiten der Rotoren werden gegeneinander kompensiert.
Die Schwingbewegung des Rotors kann über verschiedene Bewegungsgrößen erfaßt werden. Zur Steuerung der dem Motor zugeführten Energie kann beispielsweise die Rotorauslenkung oder die auf den Rotor wirkende Rückstellkraft der Rückstelleinrichtung erfaßt und an die Ansteuereinheit rückgekoppelt werden. Vorzugsweise wird zur Ansteuerung des Motors aber die Rotordrehgeschwindigkeit als die die Rotorschwingung kennzeichnende Bewegungsgröße erfaßt und an die Ansteuereinheit zurückgekoppelt.
Die Schwingungsbewegung kann grundsätzlich mit verschiedenen Sensoren erfaßt werden, z.B. Hall-Sensoren oder optischen Sensoren.
Eine vorteilhafte Ausführung der Erfindung besteht darin, daß die Erfassungseinrichtung eine Sensoreinrichtung zur Erfassung eines von dem Permanentmagneten des Rotors ausgehenden Streufluß aufweist. Die Erfassung der Schwingbewegung des Rotors wird also frei von Hiifsmagneten bewirkt. Die Rotorbewegung wird mittels des unmittelbar von dem Permanentmagneten des Rotors ausgehenden magnetischen Flusses erfaßt. Die Permanentmagneten bilden einen Teil der Erfassungseinrichtung.
Vorzugsweise ist die Erfassungseinrichtung in den Stator integriert, insbesondere ist sie an einem Polschuh des Stators angeordnet. Dabei kann die Sensorspule einfach um einen Zahn eines Polschuhs des Stators gewickelt sein. Die integrierte Anordnung der Sensoreinrichtung in dem Stator hat zum Vorteil, daß ein platzsparender dichter Aufbau der Antriebseinrichtung erzielt werden kann. Um die Genauigkeit der Erfassung der Schwingbewegung des Rotors zu erhohen, besitzt die Erfassungseinrichtung eine Kompensationseinrichtung zur Kompensierung eines Fehler- anteils im Signal der Sensoreinrichtung Zusatzlich zum Fluß der Permanentmagneten kann der zum Motorstrom proportionale magnetische Fluß der Erregerwicklung in der Sensoreinrichtung eine Spannung induzieren, deren Grundwelle ebenfalls im Ausgangssignal der Sensoreinrichtung enthalten ist Vorzugsweise besitzt die Kompensationseinrichtung einen Stromsensor zur Erfassung eines Motorstromes und eine Subtraktionseinheit zur Subtraktion eines dem Motorstrom proportionalen Stromsensorsignales vom Signal der Sensoreinrichtung Die Erfassungseinrichtung stellt also unabhängig vom Betriebszustand des Motors ein Ausgangssignal bereit, das ein Maß für die Rotordrehgeschwindigkeit ist Der Motor kann dementsprechend angesteuert werden, daß für unterschiedliche Lasten ein Betrieb des Motors mit konstanter Schermessergeschwindigkeit bei seiner Resonanzfrequenz gegeben ist
Die Erfassung der Schwingbewegung des Rotors kann auch indirekt erfolgen Gemäß einer anderen Ausfuhrung der Erfindung ist die Antriebseinrichtung frei von einem Schwingungs- bewegungssensor Der Ansteuereinheit wird ein dem Motorstrom proportionales Signal zurückgeführt Eine Bewegung des permanentmagnetischen Rotors hat über die in der Standerspule induzierte Spannung eine direkte Auswirkung auf den Motorstrom Der Motorstrom kann mit einem geeigneten Stromsensor detektiert werden und dieses Signal wird anstatt des Signals eines Bewegungssensors zur Ansteuerung des Motors zur Ansteuereinheit zu- ruckgekoppelt Unter Verwendung eines zweiten Signals, welches ein Maß für die Grund- welienamplitude der Klemmenspannung, die den Motor antreibt ist, kann zusammen mit dem Motorstromsignal ein Ruckschluß auf die im Motor induzierte Spannung erfolgen Diese Spannung ist der Drehgeschwindigkeit des Rotors proportional so daß auf diese Weise eine Regelung dieser Große bei unterschiedlichen Lasten ermöglicht wird
Um die gewünschte Schwingung des Rotors zu bewirken, regelt die Ansteuereinheit mittels einer Regeleinrichtung die dem Motor zugefuhrte elektrische Energie in Abhängigkeit der Schwingbewegung des Rotors Die Regeleinrichtung weist einen Spitzenwertdetektor zur Erfassung eines Signalspitzenwerts der Erfassungseinrichtung auf und regelt die dem Motor zugefuhrte Energie in Abhängigkeit des erfaßten Spitzenwerts Die Reduzierung der Schwingbewegungssignale auf einen Wert vereinfacht die Ansteuerung der Erregerwicklung ohne die Genauigkeit beachtlich zu vermindern Hierbei kann der detektierte Spitzenwert mit einem Sollwert verglichen werden und die dem Motor zugefuhrte Energie in Abhängigkeit der Differenz geregelt werden
Um auf die Schwingbewegung des Rotors Einfluß zu nehmen, kann die Energiezufuhrung an den Motor in verschiedener Weise verändert werden Vorzugsweise weist die Ansteuereinheit einen Signalgenerator zur Ansteuerung des Motors mit bipolaren Spannungspulsen auf, wobei eine Modulationseinrichtung zur Modulation der Spannungspulse in Abhängigkeit der Schwingbewegung des Rotors vorgesehen ist Gemäß einer ersten Ausfuhrung der Erfindung kann auf die Schwingungsamplitude des Rotors Einfluß genommen werden, indem eine Phasenmodulation der bipolaren Pulse, also eine sogenannte Puls-Phasen-Modulation bewirkt wird Mittels eines von der Regeleinrichtung steuerbaren Phasenschiebers kann eine Verschiebung der bipolaren Spannungspulse relativ zum Schwingungszyklus des Rotors vorgenommen werden Gemäß einer weiteren Ausfuhrung der Erfindung kann die dem Antrieb zugefuhrte elektrische Leistung durch Puls-Amplituden-Modulation gesteuert werden Hierbei wird die Amplitude der Spannungspulse verändert und hierdurch die Menge der elektrischen Energie eines Spannungspulses gesteuert Insbesondere kann ferner das Aus- gangssignal des Signalgenerators derart moduliert werden, daß die bipolaren Pulse zur Ansteuerung des Motors in ihrer Impulsweite vom Regler beeinflußt werden Es wird also bei der sogenannten Puls-Weiten-Modulation die Dauer der Spannungspulse verändert und damit eine Variation der zum Motor zugefuhrten Leistung bewirkt Grundsatzlich können die verschiedenen Formen der Modulation miteinander kombiniert werden Die Verwendung einer einzelnen Form der Modulation vereinfacht jedoch die Steuerungselektronik und erreicht eine ausreichende Genauigkeit
Gemäß einer bevorzugten Ausfuhrung der Erfindung ist der Signalgenerator derart ausgebildet, daß die Spannungspulse in konstanter Phasenbeziehung zu der Schwingbewegung des Rotors erzeugt werden Erfolgt zur Steuerung der zugefuhrten Energiemenge eine Puls- Weiten-Modulation, so werden im Gegensatz zu für ahnliche Anwendungen üblichen Puls- Weiten-Modulationen die Spannungspulse nicht zu einem festgelegten Anfangszeitpunkt erzeugt und nur das Ende der Spannungspulse verändert, sondern die Antriebspulse werden symmetrisch zu beiden Seiten verbreitert bzw verschmalert Es wird also auch bei einem veränderten Tastgrad der Puls-Weiten-Moduherung eine starre Phasenkoppelung zwischen dem ruckgekoppelten Sensorsignal, das die Schwingbewegung des Rotors kennzeichnet, und der Grundwelle der pulsweitenmodulierten Antriebspulse erhalten Hierdurch kann ein besonders hoher Wirkungsgrad erzielt werden Der Permanentmagnet-Motor wird exakt in Resonanz betrieben
Vorzugsweise wird von der Regeleinrichtung mindestens ein variabler Gleichspannungspe- gel erzeugt, welcher mittels geeigneter Komparatoren mit einem vom Signalgenerator synchron zur Schwingung des Rotors erzeugten Dreieckssignais verglichen wird, wobei die Pulsweite der Spannungspulse entsprechend den Schnittpunkten des Dreieckssignais mit dem Gleichspannungspegel festgelegt wird
Die Ansteuerung des Motors mit den bipolaren Spannungspulsen kann grundsätzlich auf verschiedene Weisen erfolgen Gemäß einer Ausfuhrung der Erfindung weisen die Frequenzsteuermittel einen Oszillator zur Ansteuerung des Rotors mit einer vorgegebenen Frequenz auf Diese vorgegebene Frequenz entspricht vorzugsweise etwa der Resonanzfrequenz des Rotors in Verbindung mit der Ruckstelleinrichtung
Um einen besonders hohen Wirkungsgrad zu erreichen und einen Betrieb in Resonanz auch bei Veränderungen der Resonanzfrequenz zu bewirken, weisen gemäß einer weiteren Ausfuhrungsform die Frequenzsteuermittel eine selbstschwingende Ruckkopplungsschleife auf Diese kann insbesondere einen Phasenschieber für das Signal der Erfassungseinrichtung, den Signalgenerator zur Festlegung der zeitlichen Abfolge der bipolaren Spannungspulse, eine Leistungsstufe zur Ansteuerung des Motors und die Regeleinrichtung zur Regelung der dem Motor zugefuhrten elektrischen Energie aufweisen Die Ansteuerung des Motors in einer selbstschwingenden Schleife besitzt den großen Vorteil, daß die Ansteuerfrequenz immer exakt auf Resonanz gehalten wird, d h unabhängig von einer Verschiebung der Resonanzfrequenz beispielsweise durch Belastung des Antriebs mit einer geschwindigkeitsab- hangigen Kraft Einbrüche der Schwingungsamphtude durch Außer-Tπtt-geraten der Ansteuerung sind vermieden
Insbesondere bei Trockenrasierern ist es ein wichtiger Aspekt, eine kompakte Anordnung der Antriebseinrichtung zu erreichen Die Rasierer sollen insgesamt klein und handlich beschaffen sein, wahrend andererseits ausreichend Platz für einen Energiespeicher wie beispielsweise einen Akku benotigt wird Vorteilhaft gestaltete Trockenrasierer weisen einen relativ zu einem Rasierergehause schwenkbaren Schwenkkopf auf, der zumindest eine Messereinheit tragt, die von der Antriebseinrichtung antreibbar ist Durch den Schwenkkopf kann eine optimale Anstellung der Messereinheit an die zu rasierende Gesichtskontur erreicht werden Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist bei einem Trockenrasierer der genannten Art die Antriebseinrichtung in den Schwenkkopf integriert
Die Antriebseinrichtung ist also zusammen mit dem Schwenkkopf relativ zu dem Rasierergehause schwenkbar Ein besonderer Vorteil dieser Anordnung besteht dann, daß eine größere Beweglichkeit des Schwenkkopfs ermöglicht wird Die Ankopplung der Antnebseinrich- tung an die zumindest eine Messereinheit braucht keinen Freiheitsgrad bzw Beweglichkeit aufweisen, da eine Relativbewegung zwischen der mit dem Schwenkkopf schwenkbaren Messereinheit und der Antriebseinrichtung nicht notig ist Die Antriebseinrichtung schwingt mit dem Schwenkkopf mit
Gemäß einer bevorzugten Ausfuhrung der Erfindung ist die Antriebseinrichtung mit der Drehachse des Rotors stehend angeordnet, insbesondere kann die Schwenkachse des Schwenkkopfs von der Drehachse des Rotors senkrecht geschnitten sein Bei einer Ruhestellung des Schwenkkopfs, d h bei einer zu dem Rasierergehause nicht ausgeschwenkten Stellung, kann die Drehachse des Rotors parallel zur Langsachse des Rasierergehauses verlaufen Vorteilhafterweise können mehrere parallele Messereinheiten von einem Rotor gegenläufig angetrieben und starr miteinander gekoppelt werden
Eine besonders vibrationsarme Ausfuhrung kann dadurch gegeben sein, daß die Drehachse des Rotors liegend angeordnet ist
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausfuhrungsbeispielen und zugehöriger Zeichnungen naher erläutert In diesen zeigen
Figur 1 eine schematische Darstellung eines oszillierenden einphasigen burstenlo- sen Gleichstrommotors einer Antriebseinrichtung in einer Draufsicht gemäß einer ersten Ausfuhrung der Erfindung,
Figur 2 eine schematische Darstellung des Motors gemäß Figur 1 in einer Seitenansicht, Figur 3 eine schematische Darstellung eines oszillierenden einphasigen burstenlo- sen Gleichstrommotors einer Antriebseinrichtung in einer Draufsicht ähnlich Figur 1 gemäß einer weiteren Ausfuhrung der Erfindung,
Figur 4 eine schematische Darstellung des Motors gemäß Figur 3 in einer Seitenansicht,
Figur 5 eine schematische Draufsicht auf den Motor gemäß Figur 3, die die An- kopplung eines Mitteischneiders über eine Schwingbrucke zeigt,
Figur 6 eine schematische Darstellung der Schwingbrucke aus Figur 5 in einer
Seitenansicht,
Figur 7 eine schematische Darstellung eines oszillierenden einphasigen burstenlo- sen Gleichstrommotors gemäß einer weiteren Ausfuhrungsform mit hegender Anordnung des Rotors in einer Seitenansicht in Richtung der Drehachse des Rotors,
Figur 8 eine schematische Darstellung des Motors aus Figur 7 in einem Mittelschnitt, der die Drehachse des Rotors enthalt,
Figur 9 eine Seitenansicht eines Trockenrasierers mit einer Antriebseinrichtung, die in einen Schwenkkopf des Trockenrasierers integriert ist, gemäß einer Ausfuhrung der Erfindung, in einer Teilschnittdarstellung entlang der Linie B-B gemäß Figur 1 1 ,
Figur 10 einen vergrößerten Ausschnitt des in Figur 9 mit X bezeichneten Bereichs des Schwenkkopfs, der die Antriebseinrichtung in einer Schnittdarstellung zeigt,
Figur 11 eine Seitenansicht des Schwenkkopfs aus Figur 9,
Figur 12 eine Seitenansicht des Schwenkkopfs mit der dann integrierten Antriebseinrichtung gemäß der Ausfuhrung der Figuren 9 bis 1 1 , Figur 13 eine Seitenansicht des Schwenkkopfs in einer Schnittdarstellung entlang der Linie A-A in Figur 12,
Figur 14 eine Draufsicht auf den Schwenkkopf der Ausfuhrung gemäß Figuren 9 bis
13,
Figur 15 eine Seitenansicht des Permanentmagnet-Motors der Antriebseinrichtung der Ausfuhrung gemäß den Figuren 9 bis 14,
Figur 16 eine Schnittdarstellung des Motors entlang der Linie A-A in Figur 15,
Figur 17 eine Draufsicht auf den Motor aus Figur 15, die die Ruckstellfeder zeigt,
Figur 18 eine ungeschnittene Darstellung des Motors in einer Perspektive ähnlich
Figur 16,
Figur 19 eine Langsschnittdarstellung des Motors entlang der Linie B-B in Figur 18,
Figur 20 eine Draufsicht auf die Ruckstellfeder aus Figur 17 in einer vergrößerten
Darstellung,
Figur 21 ein Diagramm, das den zeitlichen Verlauf (a) der Drehgeschwindigkeit und der Auslenkung des Rotors, (b) der Antriebspulse und des Motorstroms, (c) des Ausgangssignals einer Schwingungssensoreinrichtung, (d) das Aus- gangssignal eines Stromsensors und (e) das der Drehgeschwindigkeit entsprechende Nutzsignal der Schwingungssensoreinrichtung, das vom Einfluß einer vom Motorstrom induzierten Spannung bereinigt ist, zeigt,
Figur 22 ein Diagramm, das die Betriebsweise des Motors, insbesondere die Rotorauslenkung, die Rotorgeschwindigkeit und die Antriebspulse im zeitlichen Verlauf zeigt,
Figur 23 ein Blockschaltbild einer Ansteuereinheit zur Ansteuerung des Motors wahlweise mit einer festen Frequenz oder in einer selbstschwingenden Schleife unter Rückführung eines zur Rotorschwingung synchronen Sensorsignals,
Figur 24 ein Blockschaltbild der Ansteuereinheit des Motors mit einer Puls-Weiten-
Modulierung der Antriebspulse in einer selbstschwingenden Schleife,
Figur 25 ein Diagramm, das das Sensornutzsignal gemäß Figur 21 (e) und dessen
Verarbeitung im zeitlichen Verlauf zeigt, wobei das Sensornutzsignal im Verhältnis zu Storkomponenten groß ist,
Figur 26 ein Diagramm ähnlich Figur 25, wobei das Sensornutzsignal im Verhältnis zu Storkomponenten relativ klein ist und die Verarbeitung mit und ohne Hysterese dargestellt ist, und
Figur 27 ein Diagramm, das die Generierung der puls-weiten-modulierten Antriebspulse im zeitlichen Verlauf verdeutlicht
Der Permanentmagnet-Motor 1 der erfindungsgemaßen Ausfuhrung einer Antπebseinπch- tung nach den Figuren 1 und 2 besitzt einen Stator 2 mit einer Erregerwicklung 3 und als Bewegungselement einen Rotor 4, der im Feld des Stators 2 angeordnet ist
Der Stator 2 besitzt ein Statorjoch mit zwei jeweils in etwa halbkreisförmig gebogenen Polschuhen 5, die zwischen sich einen kreiszylindrischen Raum begrenzen Die Poischuhe 5 sind aus bogenförmigen Eisenblechen aufgebaut, die sich senkrecht zu der Langsachse des von den Polschuhen 5 begrenzten Innenraums erstrecken Die Eisenbleche sind mittels Zentrierstiften 6 zueinander positioniert Die beiden Polschuhe sind an einer Unterseite durch einen Ruckschluß 7, der vorzugsweise ebenfalls aus Eisenblechen aufgebaut ist, miteinander verbunden Um den Ruckschluß 7 ist die Erregerwicklung 3 gewickelt (vgl Figur 2) Der Stator 2 kann auch anstelle der Eisenbleche aus einem anderen weichmagnetischen Material mit einer hohen Permeabilität aufgebaut sein
Der Rotor 4 ist in den Zwischenraum zwischen den beiden Hälften des Stators 2 angeordnet und erstreckt sich mit seiner Drehachse 8 entlang der Langsachse des zylindrischen Zwischenraums Die Drehachse 8 des Rotors ist an der Unterseite und der Oberseite der Pol- schuhe 5 jeweils durch ein Lager drehbar gelagert. Hierzu ist jeweils ein geeignetes Lagerschild 9 an der Unter- und Oberseite der Polschuhe 5 vorgesehen. Der Rotor 4 könnte auch einseitig gelagert sein, vorzugsweise ist er jedoch beidseitig gelagert, da eine solche Lagerung eine höhere Steifigkeit bewirkt und einen kleineren Spalt zwischen Rotor und Polschuhen ermöglicht.
Der Rotor 4 weist einen Kern aus weichmagnetischem Material, insbesondere aus Eisen, auf, in dem die Drehachse 8 angeordnet ist. Der Kern 10 kann verschieden geformt sein, vorzugsweise ist er kreiszylindrisch im Querschnitt. Auf der Umfangsseite des Kerns 10 des Rotors 4 sind diametral gegenüberliegend zwei schalenförmige Permanentmagnete 11 angeordnet. Die Permanentmagnete 11 können sich jeweils in einem Sektor von bis zu 180° um den Kern 10 herum erstrecken. Insbesondere können sich die Permanentmagnete jeweils in einem Winkel von 40 bis 100°, insbesondere etwa 70° sektorenförmig um den Kern
10 erstrecken. Die Permanentmagneten können radial oder diametral magnetisiert sein. Die Magnetisierungsachsen zeigen bei beiden Permanentmagneten 1 1 in die gleiche Richtung, in Figur 1 also entweder nach oben oder nach unten. Die Permanentmagnete 11 sind derart auf dem Kern 10 angeordnet, daß sie in einer Ruhestellung des Rotors exakt gegenüber den Lücken zwischen den beiden Polschuhen 5 angeordnet sind (vgl. Figur 1 ).
Als Kopplungseinrichtung 12 zur Übertragung einer Antriebsbewegung des Rotors 4 auf in den Figuren 1 und 2 nicht näher dargestellte Messereinheiten eines Trockenrasierers trägt der Rotor 4 an seiner oberen Stirnseite zwei vorspringende Mitnahmestifte 13, die mit den Messereinheiten verbunden werden und diese antreiben. Die Kopplungseinrichtung 12 ist also an der oberen Stirnseite des Rotors 4 angeordnet. Die Mitnahmestifte 13 sind von der Drehachse 8 des Rotors beabstandet und vorzugsweise etwa am Außenumfang des Rotors angeordnet, um günstige Hebelverhältnisse zu bewirken. Wie Figur 1 zeigt, sind die Mitnahmestifte 13 insbesondere zwischen dem Kern 10 und den Permanentmagneten 1 des Rotors 4 angeordnet. Dies kann als Montage- bzw. Positionierhilfe für die Permanentmagneten
11 genutzt werden.
Während des Betriebs vollführt der Rotor 4 kleine Winkeloszillationen, wie später noch näher erläutert werden wird. Die maximalen Winkelamplituden liegen vorzugsweise im Bereich von ± 5 bis ± 20 , insbesondere etwa in der Größenordnung von ± 12 . Die kleinen Rotationswinkel bewirken eine rotatorische Schwingung der Mitnahmestifte in der Bewegungsrichtung der Schermesserblocke, in Figur 1 von links nach rechts und umgekehrt Die mit der Rotationsschwingung verbundenen Seitwartsbewegungen quer zur Bewegungsπchtung der Schneideinheiten, in Figur 1 also nach oben und unten, sind sehr klein und betragen maximal etwa 0,1 mm Diese kleinen Seitwartsbewegungen können durch eine entsprechende Nachgiebigkeit der Kopplungseinrichtung quer zur eigentlichen Bewegungsrichtung ausgeglichen werden, insbesondere können die komplementären Ausnehmungen in den Messe- remheiten, mit denen die Mitnahmestifte 13 in Eingriff sind, als Langlocher ausgebildet sein Durch die Anordnung der Mitnahmestifte 13 auf gegenüberliegenden Seiten der Drehachse 8 werden die kleinen Rotationsschwingungen des Rotors 4 in eine gegenläufige rotatorische Hin- und Herbewegung der an die Mitnahmestifte 13 angekoppelten Messereinheiten des Trockenrasierers umgewandelt Die Gegenlaufigkeit verringert Gehauseschwingungen und Gerauschemissionen Außerdem sind die Messereinheiten über den Rotor 4 starr miteinander gekoppelt Sie schwingen exakt gegenläufig mit der gleichen Frequenz
Um eine möglichst hohe Schwingungsamphtude der Messereinheiten und einen möglichst hohen Wirkungsgrad des Antriebs zu erzielen, ist es vorteilhaft den Rotor 4 mit einer federartigen Ruckstellkraft um die in Figur 1 gezeigte Ruheposition zu versehen und die Anregungsfrequenz gleich der Resonanzfrequenz des gekoppelten elektro-mechanischen Feder- Masse-Systems zu wählen, wie spater noch naher erläutert werden wird Als Ruckstelleinrichtung 14 sind bei der Ausfuhrung gemäß den Figuren 1 und 2 vier Spiralfedern 15 vorgesehen, die den Rotor 4 nach Auslenkungen aus der Ruhelage in diese zurück stellen Die Ruckstellfedern 15 sind dabei jeweils mit einem Ende an einer Ruckstellfixierung 16, beispielsweise einem Abschnitt des Rasierergehauses, fest angelenkt und mit ihrem jeweils anderen Ende mit dem Rotor 4 gekoppelt Die Ruckstellfedern 15 greifen hierbei nicht an der Drehachse 8 des Rotors 4 an, sondern sind von dieser beabstandet exzentrisch am Korper des Rotors 4 angelenkt, insbesondere sind sie mit den Mitnahmestiften 13 der Kopplungseinrichtung 12 verbunden Wie Figur 1 zeigt, sind die Ruckstellfedern 15 jeweils über Ruckstellkopplungselemente 17 paarweise mit einem der Mitnahmestifte 13 verbunden Als Ruckstellkopplungselemente sind jeweils starre Stabe oder Platten vorgesehen, die in etwa mittig vorzugsweise drehbar an den Mitnahmestiften 13 angelenkt sind
Vorzugsweise werden die Ruckstellkopplungselemente 17, anders als in Figur 1 gezeichnet, mit hinreichender Breite ausgeführt, so daß sie das obere Lagerschild 9 überdecken und sich nach außen bis zum Rand des Stators 2 erstrecken Die Ruckstellkopplungselemente 17 und der obere Lagerschild 9 dichten auf diese Weise das Motorinnere gegen Schmutzhaare und Feuchtigkeit ab Es ist also vorzugsweise eine Abdichtung des Motorinneren vorgesehen
Anstelle der beschriebenen Ankopplung der Ruckstellfedern 15 an die Mitnahmestifte 13 konnten die Federn auch zwischen die Enden der vom Rotor 4 angetriebenen Messereinheiten und entsprechenden Ruckstellfederfixierungen, beispielsweise dem Rasierergehause geschaltet sein Die Federn stutzen sich dann an einem Ende an den Messereinheiten und am anderen Ende am Rasierergehause ab
Um die Schwingungsbewegung des Rotors 4 zu erfassen, ist eine Erfassungseinrichtung 18 vorgesehen, die eine Sensorspule 19 aufweist, die den von den Permanentmagneten 11 ausgehenden magnetischen Fluß aufnimmt An dem Rotor 4 angebrachte Hilfsmagneten sind dabei nicht notig Wie Figur 1 zeigt, ist die Sensorspule 19 in den Stator 2 integriert Die Sensorspule 19 ist hierbei einfach um einen Zahn eines Polschuhs 5 gewickelt Bewegt sich der Rotor 4 mit den Permanentmagneten 11 , wird die Sensorspule 19 von einem veränderlichen Magnetfluß durchflössen Die hierdurch hervorgerufene Induktionsspannung ist ein Maß für die Drehgeschwindigkeit des Rotors 4 und kann als Schwingungssignal verwendet werden Die in die Sensorspule 19 induzierte Spannung enthalt auch einen Anteil vom veränderlichen Strom der Erregerwicklung 3 Dieser Anteil überlagert sich als Storsignal dem eigentlichen Schwingungssignal Dieser Storanteil wird durch eine Kompensationseinrichtung, wie spater noch naher erläutert werden wird, kompensiert
Anstelle der vier Schraubenfedern kann als Ruckstelleinrichtung 1 14 auch eine ebene, spiralförmige Torsionsfeder vorgesehen sein Die Torsionsfeder 1 15 greift an den beiden Mitnahmestiften 13 des Rotors 4 an und ist mit ihren äußeren Enden am Stator 2 oder einem anderen Fixpunkt des Rasierergehauses angebracht Die Verwendung einer derartigen Tor- sionsfeder 115 erlaubt einen besonders kompakten Aufbau des Permanentmagnetmotors 100 Die Ausfuhrung gemäß den Figuren 3 und 4 entspricht im übrigen der Ausfuhrung gemäß den Figuren 1 und 2 Entsprechende Bauteile sind mit den gleichen Bezugsziffern wie in Figur 1 und 2 bezeichnet
An die beiden Mitnahmestifte 13 können auch mehr als zwei Schneideinheiten angekoppelt werden Insbesondere kann an einen der beiden Mitnahmestifte 3 neben einer Schermes- sereinheit auch noch ein Mittelschneider angekoppelt sein, wie er bei modernen Rasierer- scherkopfen zwischen den beiden seitlichen parallelen Schermesserblocken angeordnet ist Wie Figur 5 zeigt, kann der nicht naher dargestellte Mitteischneider mittels einer Schwingbrucke 20 mit einem der Mitnahmestifte 13 in Wirkverbindung stehen Die Schwingbrucke 20 weist hierzu ein Bewegungselement 21 auf, das in etwa mittig über der Stirnseite des Rotors 4 angeordnet ist und parallel zur Bewegungsrichtung der Messereinheiten, gemäß Figur 5 also von links nach rechts und umgekehrt, linear beweglich gelagert ist Das Bewegungselement 21 weist einen Mitnehmer 22 auf, der mit dem Mittelschneider in Eingriff bringbar ist und die Bewegung des Bewegungselements 21 auf den Mitteischneider übertragt Das Bewegungselement 21 selbst wird durch einen der Mitnehmerstifte 13 bewegt Hierzu weist das Bewegungselement 21 ein starres Koppelelement 23 auf, das mit dem Bewegungselement 21 starr verbunden ist und mit dem Mitnehmerstift 13 in Eingriff steht Hierzu weist das Koppelelement 23 eine Ausnehmung 24 auf, in die der Mitnehmerstift 13 eingreift Die Ausnehmung 24 ist dabei als Langloch ausgebildet, dessen Langsachse senkrecht zur Bewegungsrichtung des Bewegungselements 21 verlauft, um den Anteil der Antriebsbewegung des Mitnehmerstiftes 13 quer zur Bewegungsrichtung des Bewegungselements 21 der durch die rotatorische Bewegung des Rotors 4 entsteht, auszugleichen In Richtung der Bewegung des Bewegungselements 21 ist der Eingriff zwischen dem Koppelelement 23 und dem Mitnehmerstift 13 jedoch spielfrei, das heißt die Ankopplung der Schwingbrucke 20 an den Rotor 4 ist in dieser Bewegungsrichtung kinematisch starr, um Vibrationen und Gerauschemissionen zu verringern und ein exaktes Schwingen des Rotors 4 zu ermöglichen Die Schwingbrucke 20 ist mittels Blattfedern 25 quasi linear beweglich gelagert Wie Figur 6 zeigt, erstrecken sich die Blattfedern 25 im wesentlichen senkrecht zu dem Bewegungselement 21 , mit dessen enden sie mit jeweils einem ihrer Enden verbunden sind Die Blattfedern 25 erstrecken sich seitlich an dem Stator 2 entlang nach unten und sind mit ihrem jeweils anderen Ende an einer entsprechenden Fixierung, beispielsweise am Rasierergehause fest gelagert Wie Figur 6 zeigt, ist die Schwingbrucke 20 mit einer Andruckfeder 26 versehen, die den nicht naher dargestellten Mitteischneider nach oben druckt Bei Belastung kann der Mittelschneider etwas nach unten ausweichen Die Andruckfeder 26 sollte hierbei eine kleinere Kraft erzeugen, als die Andruckfedern der beidseitig des Mitteischneiders angeordneten Schermesserblocke Die Andruckfeder 26 weist dabei vorzugsweise zwei blattfederartige Federschenkel auf, die sich oberhalb des Bewegungselements 21 erstrecken und sich von diesem federnd nach oben wegspreizen Eine weitere erfindungsgemaße Ausfuhrung eines Permanentmagnet-Motors 200 zeigen die Figuren 7 und 8 Den vorherigen Ausfuhrungsformen entsprechende Bauteile sind mit denselben Bezugsziffern gekennzeichnet Bei dieser Ausfuhrungsform ist eine Rotoreinheit 204 nicht stehend mit ihrer Stirnseite den Messereinheiten zugewandt, sondern um 90° gedreht hegend angeordnet, so daß eine Umfangsseite der Rotoreinheit 204 den Messereinheiten des Rasierers zugewandt ist Die Kopplungseinrichtung 12 ist dementsprechend nicht an einer Stirnseite der Rotoreinheit 204, sondern an der den Messereinheiten zugewandten Umfangsseite angeordnet Die Kopplungseinrichtung 12 weist ebenfalls Mitnahmestifte 13 auf, die in entsprechender weise mit den Messereinheiten in Eingriff sind und diese antreiben Wie die Figuren 7 und 8 zeigen, sind die Mitnahmestifte 13 senkrecht zur Umfangsseite der Rotoreinheit 204 angeordnet, sie stehen senkrecht auf die Drehachse 8 der Rotoreinheit 204 und stehen von der Umfangsseite in radialer Richtung über diese hinaus und erstrecken sich zwischen einer der beiden Lucken zwischen den zwei Polschuhen des Stators hindurch und ragen über den Stator hinaus
Die Rotoreinheit 204 kann grundsätzlich als integrale Einheit aufgebaut sein In diesem Fall sind die Mitnahmestifte 13 der Kopplungseinrichtung 12 ebenfalls starr miteinander verbunden Die Messereinheiten, die den verschiedenen Mitnahmestiften 13 zugeordnet sind, schwingen in diesem Fall gleichphasig in dieselbe Richtung Dies besitzt den Vorteil einer starren Kopplung der verschiedenen Messereinheiten zueinander
Vorzugsweise jedoch besitzt die Rotoreinheit 204 zwei voneinander unabhängige Rotoren 204a und 204b (vgl Figur 8), die unabhängig voneinander bewegbar sind Um eine kompakte Anordnung und einen einfachen Aufbau der Rotoreinheit 204 zu erreichen, sind die beiden Rotoren 204a und 204b vorteilhafterweise zueinander koaxial ausgerichtet und auf einer gemeinsamen Drehachse 8 angeordnet Um einen besonders vibrationsarmen Betriebs des Motors zu erreichen, sind die Rotoren 204a und 204b entgegengesetzt magneti- siert, das heißt die Permanentmagneten 11 sind auf den beiden Rotoren 204a und 204b in gegensätzlicher Orientierung angeordnet (vgl Figur 8) Dementsprechend bewegen sich die Rotoren 204a und 204b und damit die jeweils angekoppelten Messereinheiten immer gegenläufig, wodurch sich die Trägheiten nicht nur der Messereinheiten, sondern auch der Rotoren gegenseitig kompensieren Auf diese Weise werden Schwingungen des Gehäuses und Gerauschemissionen wirkungsvoll verringert Wie Figur 7 zeigt, liegt der Rückschluß 7, der von der Erregerwicklung 3 umgeben ist, in einer Ebene, die nicht wie bei der Ausführung gemäß Figur 1 senkrecht zur Drehachse 8 steht, sondern zu dieser parallel liegt.
Die Rückstelieinrichtung 214 weist bei der Ausführung nach Figur 7 und 8 Blattfedern 215 auf, die an einem ihrer Enden starr mit einer Rückstellfixierung 216 verbunden sind. Mit ihren anderen Enden sind sie mittels eines Rückstellkopplungselements 217 von der Drehachse 8 beabstandet mit jeweils einem der Rotoren 204a und 204b verbunden. Die Rückstellfedern 216 beaufschlagen dabei den jeweiligen Rotor mit einer Rückstellkraft, die den Rotor nach Auslenkungen in die Ruhestellung zurückstellt. Obwohl nicht eigens dargestellt, können die Rotoren jedoch auch durch andere Rückstellfedern in ihre Ruhelage zurückgestellt werden, insbesondere kann auch eine spiralförmige Torsionsfeder ähnlich Figur 3 hierzu verwendet sein.
Figur 9 zeigt in detaillierter Darstellung die erfindungsgemäße Ausführung eines Trockenrasierers, bei dem eine Antriebseinrichtung mit einem Permanentmagnet-Motor 100 ähnlich der Ausführung der Figuren 3 und 4 mit stehend angeordnetem Rotor und einer spiralförmigen Torsionsfeder zur Rückstellung des Rotors 4 vorgesehen ist Der Trockenrasierer besitzt ein Rasierergehäuse 27, in dem zum einen ein Akku 28 zur Stromversorgung des Antriebs und eine Ansteuereinheit 29 zur Ansteuerung des Permanentmagnet-Motor 100 aufgenommen ist (vgl. Figur 9). An einem oberen Ende des Rasierergehauses 27 ist ein Schwenkkopf 20 vorgesehen, der um eine Schwenkachse 31 relativ zu dem Rasierergehause 27 schwenkbar an diesem gelagert ist. In dem Schwenkkopf 30 sind ein Paar Schneideinheiten 32 vorgesehen, die unter einer an der Stirnseite des Schwenkkopfs 30 angeordneten Scherfolie 33 angeordnet sind und zusammen mit dem Schwenkkopf 30 verschwenkbar sind. Die Schneideinheiten 32 werden von dem Permanentmagnet-Motor 100 in einer Richtung, die parallel zu der Schwenkachse 32 ist, oszillierend hin- und herbewegt.
Wie Figur 9 zeigt, ist die Antriebseinrichtung für die Schneideinheiten 32 in den Schwenkkopf 30 integriert, so daß diese zusammen mit dem Schwenkkopf 30 hin- und hergeschwenkt werden kann. Der Schwenkkopf 30 weist hierzu eine Antriebsaufnahme 34 auf, in der der Permanentmagnet-Motor 100 aufgenommen ist. Der Permanentmagnet-Motor 100 ist mit dem Schwenkkopf 30 fest verbunden. Die Antriebsaufnahme 34 ist in etwa komplementär zu der Außenkontur des Stators 2 ausgebildet, so daß diese in die Antriebsaufnahme 34 eingesetzt werden kann (vgl Figuren 9 und 10) Die Antriebsaufnahme 34 besitzt auf einer Seite einen Anlagevorsprung 35, gegen den der Permanentmagnet-Motor 100 geschoben werden kann Der Permanentmagnet-Motor 100 wird mittels einer Befestigungsplatte 36 fixiert, die an der Antriebsaufnahme 34 befestigt wird und diese vorsprungartig verschließt (vgl Figur 10) Der Rotor 4 ist im Bereich seiner beiden Stirnseiten jeweils durch eine Lagerung 37 drehbar mit der Drehachse 8 verbunden Die Drehachse 8 ist auf beiden Stirnseiten des Rotors 4 mit Lagerschilden 9 verbunden, die radial über den Rotor 4 vorspringen und mit dem Stator 2 fest verbunden sind Anstelle der drehbaren Lagerung des Rotors an der Drehachse 8 kann selbstverständlich auch die Drehachse 8 mit dem Rotor fest verbunden sein und drehbar an den Lagerschilden 9 angelenkt sein
Die Schneideinheiten 32 sitzen unmittelbar auf den zur Stirnseite des Schwenkkopfs 30 hm vorspringenden Mitnehmerstiften 13 (vgl Figur 13) und werden von diesen oszillierend entsprechend der Bewegung des Rotors 4 angetrieben Die Mitnehmervorrichtung zur Ankopp- lung des Mitteischneiders 38 ist in Figur 13 nicht dargestellt von den beiden Schneideeinheiten 32 ist nur eine dargestellt
Als Ruckstelleinrichtung 1 14 für den Rotor 4 weist die Antriebseinrichtung eine Ruckstellfeder 115 auf, die zwischen den Schneideinheiten 32 und der oberen Stirnseite des Rotors 4 angeordnet ist (vgl Figur 10, 13, 16 und 17) Die Ruckstellfeder 1 15 ist in Figur 20 naher dargestellt Sie besitzt einen Befestigungsabschnitt 39 zur Befestigung am Rotor 4 und einen den Befestigungsabschnitt 39 umgebenden Spiralabschnitt 40 Die Feder ist insgesamt eben Wie Figur 20 zeigt, ist der Befestigungsabschnitt 39 im wesentlichen Z-formig ausgebildet und weist ein Paar sich gegenüberliegende, zueinander im wesentlichen parallele Eingriffsabschnitte 41 auf, mit denen die Ruckstellfeder 1 15 zwischen den Mitnahmestiften 13 verspannt werden kann Die Eingriffsabschnitte 41 weisen dabei schalenformige Mulden auf, die zur Aufnahme der Mitnehmerstifte 13 vorgesehen sind (vgl Figur 17) Der Spiralabschnitt 40 besitzt ein Paar Spiralarme 42, die sich von den Eingriffsabschnitten 41 aus spiralförmig nach außen erstrecken (vgl Figur 20) Die Enden der Spiralarme 42 sind mit dem Schwenkkopf 30 fest verbunden Die aus Federstahl bestehende Ruckstellfeder 115 übt auf die Mitnehmerstifte 13 eine Ruckstellkraft aus, die den Rotor 4 wenn dieser ausgelenkt ist in die Ruhestellung zurückstellen, so daß dieser um die Ruhelage Drehschwingungen ausfuhren kann Die Ruckstellfeder 115 ist dabei in Verbindung mit der Masse des Rotors 4 und der Masse der Schneideinheiten 32 derart ausgebildet, daß die Resonanzfrequenz des Federmassesystems sehr hoch, vorzugsweise im Bereich von etwa l O^/Minute liegt.
Vorzugsweise sind ein oder mehrere Rotoren mit mehreren (ingesamt insbesondere 2) Messereinheiten bzw. Messerblöcken vorgesehen, die gegenüber dem Stator ein Schwingungssystem mit Einzelmassen M1 , M2 und einzelnen Kraftkonstanten K1 und K2 definieren, wobei das Verhältnis aus Kraftkonstante und Masse für ein Schwingsystem angenähert gleich dem für ein anderes Schwingsystem gehalten ist. Die Massen in den Schwingungssystemen sind etwa einander gleich.
Nachfolgend soll die Ansteuerung und Regelung des Permanentmagnet-Motors näher erläutert werden. Die zuvor beschriebenen Ausführungsformen des Permanentmagneten- Motors können in derselben Weise angesteuert und geregelt werden.
Der Permanentmagnet-Motor wird mit elektrischer Energie niedriger Spannung aus dem Akku versorgt, wobei er jedoch nicht mit einer Gleichspannung, sondern einer geschalteten Spannung gespeist wird. Die Ansteuereinheit 29 versorgt die Erregerwicklung 3 mit bipolaren Spannungspuisen (vgl. U in Figur 22). Die Spannungspulse stoßen den Rotor etwa in den Nulldurchgängen der Schwingung, dort wo die Geschwindigkeit maximal ist, an. Durch die positiven und negativen Pulse ist es möglich, den Rotor 4 bei der Hin- und Herbewegung jeweils in die richtige Richtung zu beschleunigen. Um mit der Ansteuereinheit 29 die Rotorschwingung exakt steuern zu können, muß der momentane Schwingungszustand des Rotors 4 möglichst genau detektiert werden, und ein entsprechendes Signal bereitgestellt werden, das an die Ansteuereinheit 29 zurückgekoppelt werden kann. Im folgenden wird die Signalverarbeitung der Erfassungseinrichtung 18 näher erläutert.
Mit der Sensorspule 19 wird der magnetische Fluß aufgenommen, der von den Permanentmagneten 1 1 ausgeht und in der Sensorspule eine Induktionsspannung hervorruft. Figur 21 C zeigt den zeitlichen Verlauf, der in der Sensorspule 19 induziert wird, wenn der Rotor 4 mit der in Figur 21A gezeigten Drehgeschwindigkeit schwingt. Das Schwingungssensorsignal, das heißt die in der Sensorspule 19 induzierte Spannung, ist von Störkomponenten überlagert. Ein Tiefpaßfilter 43 am Eingang der Sensorsignalverarbeitung dämpft höher fre- quente Oberwellen, um ein der Rotordrehgeschwindigkeit proportionales Signal zu erhalten. Diese Reduzierung der Störkomponenten reicht allerdings noch nicht aus. Zusätzlich zum Fluß der Permanentmagneten 1 1 induziert der zum Motorstrom, das heißt zum Strom in der Erregerwicklung 3, proportionale magnetische Fluß der Erregerwicklung 3 in der Sensorspule 19 eine Spannung, deren Grundwelle ebenfalls im Ausgangssignal des Eingangsfilters enthalten ist Bliebe die Grundwelle dieser Stromkomponente unberücksichtigt, dann wurde diese als Fehleranteil im Signal der Sensorspule 19 die Erfassung der Schwingung des Rotors 4 verfalschen und Störungen im Betrieb des Motors verursachen Eine Kompensationseinrichtung zur Kompensierung dieses Fehleranteils weist einen Stromsensor zur Erfassung des Stroms in der Erregerwicklung 3 auf, mit dessen Hilfe der Strom in der Erregerwicklung 3 separat detektiert wird Dieser Stromsensor kann aus einem weichmagnetischen Ring bestehen, durch den eine Leitung der Stromzufuhrung des Motors gefuhrt wird Der durchfließende Motorstrom induziert in einem zweiten Draht, welcher in mehreren Windungen auf den Ring aufgebracht sein kann, eine Spannung, die als Stromsensorsignal bereitgestellt wird und den in Figur 21 D gezeigten zeitlichen Verlauf besitzt, wenn der Motorstrom lmot in der Erregerwicklung 3 den in Figur 21 B gezeigten Verlauf besitzt Bei dem in Figur 21 B gezeigten Verlauf des Motorstroms lmot ist zu beachten, daß beim Ansteuern der Erregerwicklung 3 mit Spannungspulsen, die in Figur 21 B mit PWM bezeichnet sind, der von den sprunghaften, rechteckigen Spannungspulsen hervorgerufene Motorstrom aufgrund der Induktivität der Erregerwicklung 3 nicht sprunghaft ansteigt, sondern den in Figur 21 B gezeigten haifischflossenformigen Verlauf erhalt
Die in dem Stromsensor induzierte Spannung ist dem Verlauf der Stromkomponente, das heißt des Fehleranteils, im Signal der Sensorspule 19 proportional Hierbei ist zu beachten, daß aufgrund der Konstruktion des Motors der Einfluß des Drehwinkels des Rotors 4 auf den Verlauf des Erregerflusses vernachlassigbar ist Der Permanentmagnet-Motor 100 verwendet einen Rotor 4 mit kreisförmigem Querschnitt und Permanentmagneten 1 1 deren Permeabilität sich nur geringfügig von der Eigenschaft des Luftspaltes unterscheidet, so daß der Einfluß des Drehwinkels des Rotors 4 naherungsweise vernachlassigbar ist Durch Subtraktion des Stromsensorsignales des Stromsensors gemäß Figur 21 D von dem Ausgangssignal der Sensorspule 19 gemäß Figur 21 C nach ihrer entsprechenden Gewichtung kann der Fehleranteil nahezu vollständig kompensiert werden Hierzu weist die Kompensationseinrichtung eine entsprechende Subtraktionseinheit zur Subtraktion des Stromsensorsignales vom Signal der Sensorspule 19 auf Nach einer anschließenden Tiefpaßfilterung der Differenz der beiden Signale mittels eines Tiefpaßfilters ergibt sich dann ein Signalverlauf, welcher in jeglichen Betπebszustanden des Motors unabhängig vom Tastgrad, das heißt der Breite der Spannungspulse, ein Maß für die Rotordrehgeschwindigkeit ist Der Signalverlauf ist in Figur 21 E dargestellt und als Sensornutzsignal bezeichnet Damit wird für unterschiedliche Lasten ein Betrieb des Motors mit konstanter Geschwindigkeit der Schneideinheiten bei seiner Resonanzfrequenz ermöglicht
In Figur 23 ist das Blockschaltbild des Gesamtsystems aus Permanentmagnet-Motor 100 und Ansteuereinheit 29 gezeigt Wie die Figur 23 zeigt, kann der obere Signalpfad zwischen einem Betrieb des Motors in einer selbstschwingenden Schleife oder dem Betrieb des Motors mit einer festen Frequenz, die von einem Oszillator 44 vorgegeben wird betrieben werden Der untere Signalpfad repräsentiert die Regelung des Schwingungszustands des Rotors 4
Das Eingangsfilter 43 enthalt den oben beschriebenen Tiefpaßfilter und die Kompensationseinrichtung zur Kompensation des Fehleranteils im Signal der Sensorspule 19 und fuhrt eine Pegelanpassung des Sensorsignales durch Ist das Sensornutzsignal von Störgrößen wie beispielsweise Oberwellen überlagert, so werden diese im Eingangsfilter 43 gedampft
Beim Betrieb der Antnebseinπchtung in einer selbstschwingenden Schleife ist die Schwingungsfrequenz des Permanentmagnet-Motors 100 durch die Frequenz gegeben, bei der die Phasenverschiebung zwischen den Punkten 1 und 1' des Signalpfads gemäß Figur 23 bei offener Schleife bei 360° betragt Mit Hilfe einer einstellbaren Phasenverzogerung 45 zwischen den Punkten 2 und 3 des Signalpfads wird diese Frequenz auf das Resonanzmaximum abgeglichen Ein nachfolgender Signalgenerator 46 erzeugt ein zur Rotorschwingung synchrones Signal, welches die zeitliche Folge der bipolaren Antriebsspannungspulse bestimmt, die über eine Leistungsstufe 47 wie zum Beispiel eine Vollbrucke den Motor 100 antreiben
Bei einer Festfrequenzansteuerung des Motors legt der Oszillator 44 die Frequenz des Signalgenerators und damit die zeitliche Folge der bipolaren Spannungspulse fest, wobei die Frequenz vorzugsweise in etwa auf die Resonanzfrequenz des Federmassesystems aus Rotor 4 und Ruckstelleinrichtung 1 14 festgelegt wird Zur Regelung des Betriebs des Motors wird das gefilterte Sensornutzsignal gemäß Figur 21 E einem Detektor 48 zugeführt, der aus diesem Signal den Ist-Wert der zu regelnden Zu- standsgröße ermittelt. Bei dem periodischen Signalverlauf gemäß Figur 21 E ist dies vorzugsweise ein Spitzenwertdetektor, der den jeweiligen Spitzenwert dieses Signales detek- tiert. Eine Ein-Weg-Gleichrichtung erlaubt die Detektion eines Ist-Wertes pro Schwingungsperiode; eine Zwei-Wege-Gleichrichtung erlaubt zwei Abtastwerte pro Periode und damit eine schnellere Reaktion der Regelung zum Beispiel auf Laststöße. Als Ist-Wert könnte auch ein mittlerer Wert des Sensomutzsignales, wie beispielsweise der Effektivwert, verwendet werden. Vorzugsweise wird jedoch die Amplitude des Sensomutzsignales verwendet. Der detektierte Ist-Wert wird einem Regler 49 zugeführt, der in analoger Technik zum Beispiel als Pl-Regler ausgeführt sein kann. Alternativ kann eine Analog-Digital-Wandlung der detek- tierten Zustandsgröße vorgenommen und die Regelung in digitaler Technik unter Verwendung eines Schaltwerks oder eines M-Kontrollers ausgeführt werden.
Zur Steuerung des Schwingungszustandes wird das Ausgangssignal des Signalgenerators vom Regler 49 moduliert. Die Modulation kann dabei grundsätzlich auf verschiedene Arten erfolgen, beispielsweise durch Puls-Phasen-Modulation (PPM), durch Puls-Amplituden- Modulation (PAM) oder durch Puls-Weiten-Modulation (PWM). Nachfolgend wird die bevorzugte Puls-Weiten-Modulation anhand des detaillierten Blockschaltbilds der selbstschwingenden Ansteuerung gemäß Figur 24 näher erläutert. Deutlich erkennbar ist darin die Schleifenstruktur des Systems. Auf der linken Seite des Diagramms werden die Signale der Erfassungseinrichtung 18 über das Eingangsfilter 43 in die Ansteuereinheit 29 zurückgespeist. Das Sensornutzsignal wird dem Phasenschieber 45 zugeführt, der die Phasenverzögerung bestimmt und damit die Betriebsfrequenz des Motors festlegt.
Zur Erzeugung eines bipolaren Spannungspulssignales wird das Sensornutzsignal im Signalgenerator 46 zunächst in ein synchrones Rechtecksignal umgewandelt. Dies erfolgt unter Verwendung eines Komparators 50 (vgl. Figur 34). Das Rechtecksignal, welches zur Generierung der bipolaren Spannungspulse verwendet wird, muß in jeglichem Betriebszustand des Motors in fester Phasenbeziehung zur Schwingung des Rotors 4 stehen. Das Rechtecksignal wird durch den Komparator 50 synchron zu den Nulldurchgängen des Sensomutzsignales erzeugt, wie dies in Figur 25 und 26 anhand zweier Halbwellen des Sensomutzsignales verdeutlicht ist. Sind Oberwellen im Sensornutzsignal durch das Eingangsfilter 43 ausreichend gedämpft, so sind diese Störkomponenten auch im Bereich der Nulldurchgänge klem gegenüber dem Sensornutzsignal und es ergibt sich der in Figur 25 dargestellte Verlauf
Sind die verbleibenden Oberwellenanteile zu groß, dann kann dies, wie in Figur 26 dargestellt, zu mehrfachen Nulldurchgangen innerhalb einer halben Schwingungsperiode des Rotors 4 fuhren Damit wurde sich ein fehlerhaftes Rechtecksignal ergeben Aus diesem Grund wird der Komparator 50 mit einer Hysterese ausgeführt, so daß sich unabhängig von verbleibenden Störgrößen im Sensornutzsignal ein den Anforderungen gerechtes Rechtecksig- nal ergibt
Das Rechtecksignal wird einem Signalgenerator 51 zugeführt, der als Bandpaßfilter ausgebildet ist (Vgl Figur 24) Die Eckfrequenzen des Bandpaßfilters sind derart ausgewählt, daß der Bandpaßfilter ein naherungsweise dreieckformiges Ausgangssignal liefert Weist das zugefuhrte Rechtecksignal aufgrund von Storkomponenten im Sensornutzsignal einen asymmetrischen Tastgrad auf, dann sichert die Abkopplung von Gleichspannungsanteilen im Bandpaßfilter einen zum Bezugspotential symmetrischen Verlauf des Dreiecksignais
Das von dem Signalgenerator 51 bereitgestellte Dreiecksignal wird in einer nachfolgenden Stufe mittels zweier Komparatoren 52 und 53 mit zwei variablen Gleichspannungssignalen verglichen (vgl Figur 27) Durch die Schnittstellen des Gleichspannungssignales mit dem Dreiecksignal wird die Breite der bipolaren Spannungspulse festgelegt Auf diese Weise wird aus dem oberen Gleichspannungssignal und dem Dreiecksignal ein positiver Spannungspuls und aus dem unteren Gleichspannungssignal und dem Dreiecksignal ein negativer Span- nungspuis erzeugt Die Pulsweite dieser Spannungspulse kann variiert werden das heißt die Pulsweite kann moduliert werden (Puls-Weiten-Modulation), indem der obere Gleichspannungspegel nach oben bzw unten und der untere Gleichspannungspegel simultan nach unten bzw oben verschoben wird Mit dieser Art der Generierung der Puls-Weiten- Modulation wird eine zu den Spitzen des Dreiecksignals symmetrische Verbreiterung bzw Verschmalerung der Antriebspulse erreicht (vgl Figur 27) Aufgrund der festen Phasenbeziehung zwischen dem Sensornutzsignal und dem Dreiecksignal bleibt auch bei einer Veränderung des Tastgrades eine starre Phasenkopplung zwischen dem ruckgekoppelten Sen- somutzsignal der Erfassungseinrichtung 18 und der Grundwelle der Antriebspulse erhalten Dies sichert bei unterschiedlichen Lasten den Betrieb des Motors in konstanter Phasenbeziehung zwischen antreibender Spannung und Rotorgeschwindigkeit und damit in Resonanz Hierdurch ergibt sich ein besserer Wirkungsgrad des Antriebs im Vergleich zu einer Puls- Weiten-Modulation, bei der der Startzeitpunkt der Antriebspulse vorgegeben und nur durch Variation des Endzeitpunkts die Breite der Antriebspulse festgelegt wird und dementsprechend eine vom Tastgrad abhangige Phasenverschiebung zwischen dem ruckgekoppelten Sensorsignal und der Grundwelle der Antriebspulse verursacht wird
Zur Regelung des Schwingungszustands des Permanentmagnet-Motors 100 wird das gefilterte und von Fehleranteilen befreite Sensornutzsignal der Erfassungseinrichtung 18 dem Spitzenwertdetektor 54 zugeführt, der die jeweilige Amplitude der Schwingungen des Sensomutzsignales bestimmt Dieser Amphtudenwert ist aufgrund der Kompensation der Fehle- ranteile ein direktes Maß der maximalen Drehgeschwindigkeit des Rotors 4 Der detektierte Amplitudenwert wird mit einem Soll-Wert verglichen und das Differenzsignal einem geeigneten Regler, zum Beispiel einem Pl-Regler 49 zugeführt Das Ausgangssignal des Reglers steuert die simultane Verschiebung der beiden Gleichspannungspegel, welche die Span- nungspulsbreite der Antriebspulse bestimmen und so eine Regelung der Schwingungsamplitude bewirken
Alternativ zu der analogen Regelung kann gemäß einer weiteren Ausfuhrung der Erfindung die Funktion des Dreiecksignais durch eine digitale Schaltung in Form eines auf- und abwärts zahlenden Zahlers realisiert werden In der nachfolgenden Stufe wird dann der Zahlerstand mit Hilfe von digitalen Komparatoren mit dem Ausgangswert eines digitalen Reglers verglichen und auf diese Weise der bipolare Spannungspuls generiert
Der dem Regler 49 zugefuhrte Soll-Wert der Drehgeschwindigkeit kann fest vorgegeben sein In einer Ausfuhrungsform der Erfindung kann der Soll-Wert durch den Benutzer des Trockenrasierers innerhalb festgelegter Grenzen in diskreten Stufen oder stufenlos variiert werden Hierdurch kann durch den Benutzer die Geschwindigkeit der Schneideinrichtung innerhalb vorgegebener Grenzen so eingestellt werden, daß für jeden Hauttyp eine optimale Rasur mit minimaler Hautreizung erzielt wird Alternativ kann durch Berücksichtigung des Funktionalen Zusammenhangs zwischen Geschwindigkeit und Schwingungsamplitude der Schneideinrichtung bei gegebener Schwingungsfrequenz die Schwingungsamphtude vorgewählt werden Der Regler berechnet dann die zugehörige Geschwindigkeit für die gegebene Schwingungsfrequenz und steuert die dem Antrieb zugefuhrte Energie so, daß bei unterschiedlichen Lasten die Schwingungsamphtude konstant bleibt Besonders vorteilhaft bei der erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung ist die Tatsache, daß die Schwingungsregelung sehr schnell erfolgen kann. Schon von einer Halbschwingung bis zur nächsten Halbschwingung kann die Pulsbreite der Antriebspulse beeinflußt werden. Dies führt zu einer konstanten Rasierqualität und zu einer Verkürzung der Rasierzeit. Bei konventionellen Antrieben mit nicht ausreichend steifer Kopplung zwischen Motorachse und Schneideinrichtung ist eine derartig schnelle Regelung nicht möglich. Deshalb ist bei diesen Antrieben durch Regelung nur eine im zeitlichen Mittel konstante Schwingung zu erzielen.

Claims

Patentansprüche
1 Antnebseinnchtung zum Antreiben einer rotatonsch oszillierend bewegbaren Arbeitseinheit (32) von elektrischen Produkten des personlichen Bedarfs, insbesondere Trockenrasierer, mit einem Permanentmagnet-Motor (1 , 100, 200), der einen Stator (2) mit einer Erregerwicklung (3) und einen im Statorfeld angeordneten, um eine Drehachse (8) drehbar gelagerten Rotor (4, 104) mit mindestens einem Permanentmagneten (1 1 ) aufweist, einer Ruckstelleinrichtung (14, 114, 214) zur Ruckstellung des Rotors in eine Ruhelage derart, daß der Rotor um die Ruhelage schwingen kann, einer Kopplungseinrichtung (12) zur Kopplung des Rotors mit der Arbeitseinheit, wobei die Kopplungseinrichtung von der Drehachse beabstandet mit dem Rotor verbunden ist, einer Erfassungseinrichtung (18) zur Erfassung der Schwingbewegungen des Rotors, und einer Ansteuereinheit (29) zur Ansteuerung des Permanentmagnet-Motors in Abhängigkeit der erfaßten Schwingbewegung, wobei Frequenzsteuermittel (44, 45, 46, 47, 49) zur Ansteuerung des Permanentmagnet-Motors mit einer etwa der Resonanzfrequenz des Rotors entsprechenden Frequenz vorgesehen ist
2 Antnebseinnchtung nach Anspruch 1 , wobei der Rotor (4, 204) einen Kern (10) aus einem weichmagnetischen hochpermeablen Material und Pole (1 1 ) aus permanentmagnetischem Material aufweist
3 Antnebseinnchtung nach Anspruch 1 , wobei der Rotor (4) vollständig aus permanentmagnetischem Material ist
4 Antnebseinnchtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ruckstelleinrichtung (14, 114, 214) mit dem Rotor (4) von dessen Drehachse (8) beabstandet verbunden ist
5 Antnebseinnchtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ruckstelleinrichtung (14, 114) mit der Kopplungseinrichtung (12) in Wirkverbindung ist
6 Antnebseinnchtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche wobei die Ruckstelleinrichtung (114) eine Ruckstellfeder (115) mit einem Befestigungsabschnitt (39) zur Befe- stigung am Rotor (4) und einen den Befestigungsabschnitt umgebenden Spiralabschnitt (40) aufweist
Antnebseinnchtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ruckstelleinrichtung (114) eben ist
Antnebseinnchtung nach Anspruch 6 oder 7, wobei der Befestigungsabschnitt (39) im wesentlichen Z-formig mit einem Paar sich gegenüberliegenden, zueinander im wesentlichen parallelen Eingriffsabschnitten (41) ausgebildet ist und der Spiralabschnitt (40) ein Paar Spiralarme (42), die sich von den Eingriffsabschnitten aus spiralförmig nach außen erstrecken, aufweist
Antnebseinnchtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kopplungseinrichtung (12) in der Bewegungsrichtung der Arbeitseinheit (32) kinematisch starr und senkrecht zur Bewegungsrichtung der Arbeitseinheit nachgiebig ausgebildet ist
Antnebseinnchtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kopplungseinrichtung (12) ein erstes Kopplungselement 13, das fest mit dem Rotor (4, 204) verbunden ist, und ein zweites Kopplungselement, das fest mit der Arbeitseinheit verbunden ist, aufweist, wobei die beiden Kopplungselemente miteinander in Eingriff sind
Antnebseinnchtung nach Anspruch 10, wobei das eine Kopplungselement (13) ein Stift und das andere Kopplungselement eine Ausnehmung (24), insbesondere ein Langloch,
Antnebseinnchtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Paar Kopplungseinnchtungen (12) vorgesehen sind, die verschiedenen Arbeitseinheiten (32) zugeordnet sind und auf gegenüberliegenden Seiten der Drehachse (8) des Rotors (4) angeordnet sind derart, daß die Arbeitseinheiten gegenläufig angetrieben werden
Antnebseinnchtung nach Anspruch 12, wobei die Kopplungseinnchtungen (12) durch den Rotor (4) starr miteinander verbunden sind
Antnebseinnchtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , wobei mehrere Rotoren (204) vorgesehen sind, die jeweils einer Arbeitseinheit (32) zugeordnet sind, wobei vorzugsweise die Rotoren eine gemeinsame Drehachse (8) besitzen
Antnebseinnchtung nach Anspruch 12, wobei die Rotoren (204) unterschiedliche Magnetisierungsrichtungen aufweisen, derart, daß sie gegenläufig schwingen
Antnebseinnchtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kopplungseinrichtung (12) auf einer Stirnseite des Rotors (4) angeordnet ist
Antnebseinnchtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kopplungseinrichtung (12) auf einer Umfangsseite des Rotors (204) angeordnet ist
Antnebseinnchtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Erfassungseinrichtung (18) in den Stator (2) integriert ist
Antnebseinnchtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Erfassungseinrichtung (18) eine Sensoreinrichtung (19) zur Erfassung eines von dem Permanentmagneten (11 ) des Rotors (4, 204) ausgehenden magnetischen Flusses aufweist
Antnebseinnchtung nach Anspruch 18 oder 19, wobei die Erfassungseinrichtung (18) eine Kompensationseinrichtung (43) zur Kompensation eines Fehleranteils im Signal der Sensoreinrichtung (19) aufweist
Antnebseinnchtung nach Anspruch 20, wobei die Kompensationseinrichtung (43) einen Stromsensor zur Erfassung eines Motorstroms (IMOT) und eιne Subtraktionseinheit zur Subtraktion eines Stromsensorsignales vom Signal der Sensoreinrichtung (19) aufweist
Antnebseinnchtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ansteuereinheit (29) eine Regeleinrichtung (48) zur Regelung der dem Motor zugefuhrten elektrischen Energie in Abhängigkeit der Schwingbewegung des Rotors (4, 204) aufweist
Antnebseinnchtung nach Anspruch 22, wobei die Regeleinrichtung (48) einen Spitzen- wertdetektor (54) zur Erfassung eines Signalspitzenwertes der Erfassungseinrichtung (18) aufweist und die dem Motor zugefuhrte Energie in Abhängigkeit des erfaßten Spitzenwerts regelt
Antnebseinnchtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ansteuereinheit (29) einen Signalgenerator (46) zur Erzeugung bipolarer Spanngspulse und eine Modulationseinrichtung (50, 51 , 52, 53, 49) zur Modulation der Spannungspulse in Abhängigkeit der Schwingbewegung des Rotors (4, 204) aufweist
Antnebseinnchtung nach Anspruch 24, wobei der Signalgenerator (46) derart ausgebildet ist, daß die Spannungspulse in konstanter Phasenbeziehung zu der Schwingbewegung des Rotors (4, 204) erzeugt werden
Antnebseinnchtung nach Anspruch 25, wobei die Regeleinrichtung (49) mindestens einen variablen Gleichspannungspegel erzeugt, welcher mittels geeigneter Komparatoren (52, 53) mit einem von dem Signalgenerator (51 ) synchron zur Schwingung des Rotors (2, 204) erzeugten Dreieckssignal verglichen wird und durch Pulsweitenmodulation eine Variation und Regelung der dem Motor zugefuhrten Energie und eine Regelung der Schwingungsamphtude der Arbeitseinheit bewirkt
Antnebseinnchtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Frequenzsteuermittel einen Oszillator (44) zur Ansteuerung des Motors mit einer vorgegebenen Frequenz aufweisen
Antnebseinnchtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Frequenzsteuermittel eine selbstschwingende Ruckkopplungsschleife aufweisen, die insbesondere einen Phasenschieber (45) für das Signal der Erfassungseinrichtung (18) den Signalgenerator (46) zur Erzeugung bipolarer Spannungspulse, eine Leistungsstufe (47) zur Ansteuerung des Motors und die Regeleinrichtung (49) zur Regelung der dem Motor zugefuhrten elektrischen Energie umfaßt
Trockenrasierer mit einer Antnebseinnchtung insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Rasierergehause (27), ein relativ zu dem Rasierergehause schwenkbarer Schwenkkopf (30) und zumindest eine von der Antnebseinnchtung an- treibbare Schneideinheit (32), die in dem Schwenkkopf angeordnet ist, vorgesehen sind, wobei die Antriebseinrichtung in den Schwenkkopf integriert ist.
30. Trockenrasierer nach Anspruch (29), wobei die Antriebseinrichtung mit der Drehachse des Rotors (4) stehend angeordnet ist.
31. Trockenrasierer nach Anspruch (29), wobei die Antriebseinrichtung mit der Drehachse des Rotors (204) liegend angeordnet ist.
32. Trockenrasierer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwei Schneideinheiten (32) und ein Langhaarschneider (38) im Schwenkkopf angeordnet und von der Antriebseinrichtung angetrieben sind.
PCT/EP1999/008889 1998-12-23 1999-11-19 Antriebseinrichtung für oszillierende elektrische produkte des persönlichen bedarfs, insbesondere trockenrasierer WO2000038891A2 (de)

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